Хижацтво
Часто терміном «хижацтво» визначають всяке виїдання одних організмів іншими. У природі цей тип біотичних взаємовідносин широко поширений. Від їх результату залежить не тільки доля окремої хижака або його жертви, а й деякі важливі властивості таких великих екологічних об'єктів, як біотичні спільноти та екосистеми.
Значення хижацтва можна зрозуміти лише розглядаючи це явище на рівні популяцій. Тривала зв'язок між популяціями хижака і жертви породжує їх взаємозалежність, яка діє подібно регулятору, запобігаючи занадто різкі коливання чисельності або перешкоджаючи накопиченню в популяціях ослаблених або хворих особин. У ряді випадків хижацтво може істотно послаблювати негативні наслідки міжвидової конкуренції, підвищувати стійкість і різноманітність видів в угрупованнях.
Встановлено, що при тривалому спільному існуванні взаємодіючих видів тварин і рослин їх зміни протікають узгоджено щось є еволюція одного виду частково залежить від еволюції іншого. Така узгодженість у процесах спільного розвитку організмів різних видів називається коеволюція.
Адаптація хижаків і їхніх жертв у спільному еволюційному розвитку призводить до того, що негативні впливу одного з них на інший стають слабше. Стосовно до популяції хижака і жертви це означає, що природний відбір буде діяти в протилежних напрямках. У хижака він буде спрямований на збільшення ефективності пошуку, лову і поїдання жертви. А у жертви - сприяти виникненню таких пристроїв, які дозволяють особам уникнути їх виявлення, затримання і знищення хижаком.
У міру того, як жертва набуває досвід уникати хижака, останній виробляє більш ефективні механізми її затримання.
У діях багатьох хижаків у природі як би є присутнім розважливість. Хижаку, наприклад, «невигідно» цілковите знищення жертви, і, як правило, цього не трапляється.
Хижак знищує в першу чергу тих особин, які повільно ростуть і слабо розмножуються, але залишає особин швидкозростаючих, плідних, витривалих.
Хижацтво вимагає великих витрат енергії. Під час полювання хижаки нерідко піддаються небезпеки. Наприклад, великі кішки при нападі часто гинуть, наприклад, при зіткненні зі слонами або кабанами. Іноді вони гинуть від зіткнення з іншими хижаками в ході міжвидової боротьби за видобуток.
Харчові відносини, в тому числі хижацтво, можуть бути причиною регулярних періодичних коливань чисельності популяцій кожного з взаємодіючих видів.
Періодичні коливання чисельності хижака і його жертви підтверджені експериментально. Інфузорій двох видів поміщали в загальну пробірку. Хижі інфузорії досить швидко знищували своїх жертв, а потім самі гинули від голоду. Якщо в пробірку додавали целюлозу (речовина, що сповільнює пересування хижака і жертви), в чисельності і того й іншого виду починали відбуватися циклічні коливання. На перших порах хижак придушував зростання чисельності мирного виду, але згодом сам починав відчувати брак харчового ресурсу. Внаслідок відбувалося зниження чисельності хижака, а отже - ослаблення його тиску на популяцію жертви. Через деякий час ріст чисельності жертви поновлювався; її популяція збільшувалася. Таким чином, знову виникали сприятливі умови для решти хижих особин, які реагували на це збільшенням швидкості розмноження. Цикл повторювався.
Подальше вивчення взаємовідносин у системі «хижак - жертва» показало, що стійкість існування як популяції хижака, так і популяції жертви значно підвищується, коли в кожній з популяцій діють механізми самообмеження зростання чисельності (наприклад, внутрішньовидова конкуренція).
Яке ж значення популяцій хижаків в природі? Вбиваючи слабших, хижак діє подібно селекціонеру, провідному відбір насіння, що дають найкращі сходи. Вплив популяції хижака призводить до того, що оновлення популяції жертви відбувається швидше, так як швидке зростання веде до більш раннього участі особнів в розмноженні. Одночасно збільшується споживання жертвами їхньої їжі (швидке зростання може відбуватися лише при більш інтенсивному споживанні їжі). Кількість енергії, укладеної в їжі і що проходить через популяцію швидкозростаючих організмів, також зростає. Таким чином, вплив хижаків збільшує потік енергії в екосистемі.
У результаті виборчого знищення хижаками тварин з низькою здатністю здобувати собі корм (повільних, кволих, хворих) виживають сильні та витривалі. Це відноситься до всього тваринному світу: хижаки покращують (в якісному відношенні) популяції жертв.
Зрозуміло, в тваринницьких районах необхідно регулювати чисельність хижаків, тому що останні можуть завдавати шкоди худобі. Однак у районах, недоступних для полювання, хижаки повинні бути збережені для користі як популяцій жертв, так і взаємодіючих з ними рослинних угруповань.
Паразитизм
На відміну від хижацтва паразитизм характеризується наступними основними особливостями:
1) паразит протягом всього свого життя нападає лише на одну особину (рідко - на багатьох) і поїдає тільки частину своєї жертви (господаря); паразит заподіює господареві шкоду, але дуже рідко призводить до його швидкої загибелі;
2) паразит обов'язково живе (постійно або тимчасово) в тілі або на поверхні тіла свого господаря - тому паразити зазвичай набагато дрібнішими господарів;
3) паразит набагато тісніше пов'язані зі своїм господарем, ніж хижак з жертвою. Це результат природного відбору і вузької спеціалізації видів.
Стрічкові черв'яки, печінкова двуустка, вірус кору, туберкульозна паличка - усе це звичайні приклади паразитів, які вражають багатьох тварин. Можна навести довгий список паразитів, які шкодять рослинам. До таких паразитів нерідко відносяться гриби, мікроорганізми, рослини. Такі, наприклад, повитиця, вовчок, фітофтора, вірус тютюнової мозаїки, сажкові та іржі гриби.
Деяких комах виділяють в окрему екологічну групу Паразитоїди. Дорослі комахи цієї групи ведуть вільний спосіб життя, але яйця відкладають або в тіло личинки іншого комахи, або на поверхню його, а іноді - в тіло павуків і мокриць. Вилупилися з яєць личинки розвиваються в тілі свого господаря, живлячись її тканинами. Спочатку личинка завдає господареві незначної шкоди, але в міру свого розвитку вона майже цілком з'їдає його.
Паразитоїди займають проміжне положення між хижаками і паразитами. З хижаками їх зближує те, що від їх дій господар гине. Проте справжній хижак безпосередньо нападає на свою жертву і харчується нею. Нападом Паразитоїди на жертву (господаря) є відкладання самкою яйця, хоча насправді саме личинка, яка вивелася з цього яйця, живиться за рахунок господаря.
Передача паразита від одного господаря до іншого є найважливішою стадією будь-якого паразитарного захворювання. Від особливостей передачі багато в чому залежить швидкість розповсюдження збудників хвороби в популяції господаря. Коли мікропаразити передаються безпосередньо, зараження відбувається при фізичному контакті між особинами господаря, і швидкість поширення збудника зазвичай прямо пропорційна частоті зустрічей заражених господарів з сприйнятливими незараженими. Отже, в щільній популяції господаря ця швидкість завжди буде вище, ніж в розрідженій.
У динаміці взаємодій популяцій паразит-хазяїн і хижак-жертва багато спільного. Наприклад, повторювані (циклічні) спалаху епідемій кору та інших дитячих хвороб в точності відповідають коливанням чисельності популяцій хижака-жертви. Ця схожість визначається тим, що придбання імунітету несприйнятливими (перехворіли) особинами впливає на популяцію паразитів так само, як зниження щільності популяції жертви на популяцію хижака.
У деяких випадках, однак, динаміка паразитизму може сильно відрізнятися від динаміки хижацтва в силу того, що популяція паразита залежить не тільки від популяції основного господаря, але і від популяцій проміжних господарів і переносників.
Організація і функціонування співтовариств
Взаємодія популяцій визначає характер функціонування наступного, більш високого рівня організації живого - біотичного співтовариства, або біоценозу. Під біоценозом розуміється біологічна система, що представляє собою сукупність популяцій різних видів, що співіснують у просторі та часі.
Вивчення спільнот ставить за мету з'ясувати, що ж в їх стійке існування і який вплив на зміни спільнот надають біотичні взаємодії та умови довкілля.
Спільнота, екосистема, біогеоценоз, біосфера
Співтовариством (біоценозом) називається сукупність організмів різних видів, тривалий час співіснують у певному просторі і представляють собою екологічне єдність. Як і популяція, спільнота має власні властивості (і показники), властиві йому як цілому. Властивостями спільноти є - стійкість (здатність протистояти зовнішнім впливам ), продуктивність (здатність виробляти жива речовина). Показниками спільноти є характеристики його складу (різноманітність видів, структура харчової мережі), співвідношення окремих груп організмів. Одна з головних завдань екології - з'ясувати взаємозв'язки між властивостями і складом спільноти, які проявляються незалежно від того, які види входять до нього.
Екосистема - інша екологічна категорія; це будь-яка спільнота живих істот разом з його фізичним середовищем проживання, яке функціонує як єдине ціле. Приклад екосистеми - ставок, що включає співтовариство гідробіонтів, фізичні властивості і хімічний склад води, особливості рельєфу дна, склад і структуру грунту, який взаємодіє з поверхнею води атмосферне повітря, сонячну радіацію.
У екосистемах відбувається постійний обмін енергією і речовиною між живою і неживою природою. Цей обмін носить стійкий характер. Елементи живої та неживої природи знаходяться в постійній взаємодії.
Екосистема - поняття дуже широке і застосовне як до природних комплексів (наприклад, тундра, океан), так і до штучних (наприклад, акваріум). Тому для позначення елементарної природної екосистеми в екології використовується термін «біогеоценоз».
Біогеоценоз - історично сформована сукупність живих організмів (біоценоз) і абіотичного середовища разом із займаним ними ділянкою земної поверхні. Кордон біогеоценозу встановлюється по межі рослинного співтовариства (фітоценозу) - найважливішого компонента будь-якого біогеоценозу. Для кожного біогеоценозу характерний свій тип речовинно-енергетичного обміну.
Біогеоценоз - складова частина природного ландшафту і елементарна біотерріторіальная одиниця біосфери.
Часто в основу класифікації природних екосистем кладуть характерні екологічні ознаки місцеперебувань, виділяючи співтовариства морських узбереж або шельфів, озер або ставків, заплавні або суходільні луки, кам'янисті або піщані пустелі, гірські ліси, естуарії (гирла великих річок) і ін
Всі природні екосистеми (біогеоценози) пов'язані між собою і разом утворюють живу оболонку Землі, яку можна розглядати як найбільшу екосистему - біосферу.
Структура спільноти
Структурою спільноти називають співвідношення різних груп організмів, що розрізняються за систематичним положенням: за роллю, яку вони відіграють у процесах переносу енергії і речовини, за місцем, яке посідають в просторі, в харчовій, або трофічної, мережі, або за іншою ознакою, істотного для розуміння закономірностей функціонування природних екосистем.
Видова структура - одна з найважливіших ознак спільноти. Її головними показниками є число видів, тобто видовий склад, і кількісне співвідношення особин, тобто чисельність популяцій. В спільноті, як правило, є порівняно мало видів, представлених великим числом особин, або великий біомасою, і порівняно багато видів, що зустрічаються менш рясно.
При вивченні спільнот найбільш численним видам приділяється основна увага. Однак рідкісні види часто виявляються кращими індикаторами (показниками) стану середовища. Їх зникнення дозволяє зробити висновок про наявність забруднень чи інших несприятливих впливів на екосистему.
За загальною кількістю видів та їх співвідношенню судять про видовому розмаїтті спільноти. Видове різноманіття - ознака екологічного різноманіття: чим більше видів, тим більше екологічних ніш, тобто вище багатство середовища. Співтовариства з великим видовим розмаїттям є більш стійкими: чим різноманітніше видовий склад, тим ширше можливість адаптації спільноти до змінених умов, наприклад до змін клімату або інших факторів.
Морфологічна структура - важливий структурний ознака спільноти, що показує його просторове складання.
Число життєвих форм, що входять в біоценоз, звичайно набагато менше загального числа утворюють його видів. Але набір життєвих форм, що займають різні екологічні ніші, завжди закономірний для даного місця проживання і набагато краще характеризує екологічні умови в спільноті - як абіотичні, так і біотичні.
За переважним (домінуючим) життєвих форм визначається приналежність спільноти до того чи іншого типу рослинності (наприклад, ліси, луки, чагарники).
Спільне існування різних видів і життєвих форм в співтоваристві призводить до їх просторового відокремлення. Це виражається в горизонтальному і вертикальному розчленування рослинного співтовариства (фітоценозу) на окремі елементи, кожний з яких грає свою роль в накопиченні і перетворенні речовини та енергії.
По вертикалі рослинне співтовариство поділяється на яруси - горизонтальні шари, товщі, в яких розташовуються надземні або підземні частини рослин певних життєвих форм. Ярусност' особливо чітко виражена в лісових фітоценозах, де налічується зазвичай п'ять-шість ярусів: деревні яруси (високих і низьких дерев), чагарниковий (підлісок), трав'яний-кустарнічковий, моховий (або лишайниковий), підстилка (опад листя).
Ярусну будову фітоценозу дає рослинам можливість більш повно використовувати ресурси
середовища, перш за все світло, тепло і вологу. Рослини різних ярусів живуть в різних умовах, що зменшує конкуренцію і сприяє збільшенню видового різноманіття.
Тварина населення біоценозу (зооценоз) «прив'язане» до рослин і також розподілено по ярусах. Наприклад, мікрофауна грунтових тварин найбільш багата в підстилці. Різні види птахів будують гнізда і годуються в різних ярусах - у траві, у чагарниках, у кронах дерев.
По горизонталі співтовариство також розчленовується на окремі елементи - мікрогруппіровкі, розташування яких відображає неоднорідність умов життя.
Просторова структура співтовариства є показником наявного в даному місцеперебуванні різноманітності екологічних ніш., Багатства і повноти використання співтовариством ресурсів середовища, а також показником відносної стійкості спільноти.
Трофічна структура співтовариства - екологічний показник харчових взаємозв'язків у ньому. Будь-яке співтовариство можна представити у вигляді харчової мережі, тобто схеми всіх харчових, або трофічних (від грец. Трофо - харчування), взаємозв'язків між видами цього співтовариства. Харчова мережа (її переплетення бувають дуже складними) зазвичай складається з декількох харчових ланцюгів, кожна з яких є окремим каналом, по якому передаються і речовина, і енергія.
Простий приклад харчового ланцюга дає наступна послідовність: рослинність - питающееся рослинністю комаха - популяція хижого комахи - комахоїдний птах - хижий птах. У цьому ланцюзі здійснюється односпрямований потік речовини та енергії від однієї групи організмів до іншої.
Різні організми займають різне положення (у співтоваристві) щодо основного джерела енергії, що надходить. У цих випадках говорять, що організми розташовуються на різних трофічних рівнях, що характеризують стан кожного організму у харчовому ланцюзі. Лише зелені рослини здатні фіксувати світлову енергію при фотосинтезі та використовувати прості неорганічні речовини для утворення з них органічних речовин, необхідних для побудови свого тіла. Такі організми називаються автотрофами (від грец. Авто - сам і трофо - харчування, тобто самопітающіеся) або первинними продуцентами (виробниками).
Автотрофи займають перший трофічний рівень і є найважливішою частиною спільноти, тому що практично всі інші організми, що входять до його складу, прямо або побічно залежать від постачання речовиною і енергією, запасеним рослинами. На суші автотрофи - це звичайно великі рослини з корінням, тоді як у водоймах їх роль беруть на себе численні мікроскопічні водорості, ширяють у товщі води (фітопланктон).
Всі інші організми, займаючи наступні трофічні рівні, відносяться до гетеротрофам (від грец. Гетеро - різний), що харчується готовими органічними речовинами. Гетеротрофи розкладають, перебудовують і засвоюють складні органічні речовини, створені первинними продуцентами. Інтенсивна гетеротрофних діяльність зосереджена в тих місцях, де скупчується органічна речовина, - у грунті і мулі.
Гетеротрофні організми поділяються на консументів (споживачів) і редуцентів (разлагателей). Також гетеротрофів поділяють на макро-і мікроконсументов. Макроконсументи (буквально - великі споживачі) представляють собою головним чином консументів-тварин, які пожирають інші організми або подрібнені органічні речовини. Мікроконсументи представлені в основному грибами і бактеріями, що розкладають складні складові компоненти мертвої цитоплазми, доводячи їх до простих органічних сполук, які в подальшому можуть бути використані продуцентами.
Отже, склад трофічної мережі відбиває число трофічних рівнів, співвідношення продуцентів, консументів і редуцентів.