Лабораторная работа №8 Письменно выполните задания к лабораторной работе

Живые организмы в экосистемах. Биоценозы

Цель работы: сформировать представление об одном из центральных понятий экологии – биоценозе. Рассмотреть уровни структуры сообщества и принципы взаимодействия между организмами. Получить навыки определения типов взаимоотношений между организмами.

Совокупность всех  живых организмов экосистемы называют биоценозом. Термин  «биоценоз»  предложил в  1877 г. немецкий ученый К.  Мебиус на  основе изучения устричных отмелей. В англоязычной литературе как синоним термина биоценоз часто используется  термин  «сообщество».  В  экологии биоценозом (сообществом) называют группу  организмов разных  видов, существующих в  одном и  том же  местообитании или на одном участке территории и взаимодействующих между собой через посредство трофических или пространственных связей.

Важнейшими особенностями биоценозов являются следующие:

ü   биоценозы возникают и складываются из готовых частей (представителей различных видов или целых комплексов видов), имеющихся в окружающей среде;

ü   части биоценоза заменяемы. Один вид или комплекс видов может занять место другого со сходными экологическими требованиями, без ущерба для всей системы;

ü   биоценозы существуют за счет уравновешивания противоположно направленных сил. Интересы многих видов в биоценозе прямо противоположны. Так, хищники – антагонисты своих жертв, и, тем не менее, они существуют вместе в сообществе;

ü   сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими;

ü   размеры биоценоза определяются внешними причинами;

ü   биоценозы часто имеют расплывчатые границы, иногда неуловимо переходя одно в другое. Однако они реально существуют в природе. 

В структуре биоценозов выделяют:

ü   видовую, которая  раскрывает видовое разнообразие живых организмов;

ü   трофическую, демонстрирующую характер   пищевых   связей   между организмами биоценоза;

ü   пространственную,  которая  показывает территориальное размещение растений, животных и микроорганизмов.

Видовой состав биоценозов может быть разнообразен. Но его формирование подчиняется одному общему правилу: в природном биоценозе обязательно имеются представители продуцентов, консументов иредуцентов. Без такого сочетания организмов с  разным типом питания любой  биоценоз оказался  бы неустойчивым образованием.  Биоценозы являются  закономерными  формированиями  и  характеризуются определенным видовым составом организмов.

Отношения между организмами в биоценозе объединяются в четыре типа: трофические, топические, форические и фабрические. В эти категории попадают все виды связей между организмами: хищничество, паразитизм, квартирантство, комменсализм, антибиоз и прочие.

Экологическая ниша – место вида в биоценозе, включающее как положение его в про­странстве, так и функциональную его роль в сообществе, отно­шение к абиотическим условиям существования. Важно подчеркнуть, что эта ниша не просто физическое пространство, занимаемое организмом, но его место в сообществе, определяемое его экологическими функ­циями. Ю. Одум (1975) образно представил экологическую ни­шу как «профессию» организма в той системе видов, к которой он принадлежит, а его местообитание – это «адрес»вида.

Знание экологической ниши позволяет ответить на вопро­сы, как, где и чем питается вид, чьей добычей он является, каким образом и где он отдыхает и размножается.

Бывает необходимым определить степень сходства между сообществами разного типа. Для этого используют расчет индекса общности Жаккара. Предварительно следует выбрать группу организмов, по которой будет проводиться сравнение. Одновременно сравнить можно только два сообщества. Поэтому, если нужно определить сходство более чем двух, сообщества сравнивают поочередно. Для расчета индекса или коэффициента сходства пользуются формулой:

С100__

К=  (А+В) – С,

где А- число видов в первом сообществе,

      В – число видов во втором сообществе,

      С – число видов, общих для двух сообществ.

Задания к лабораторной работе

Задание 1. Проведите анализ ситуаций. Какие типы связей иллюстрируют ситуации? Выводы запишите в тетрадь.

1.           История введения в культуру клевера в Австралии  показала, что, не имея местных опылителей,  растения не приживались,  пока не ввезли шмелей. 

2.             По оценкам зоологов, в южной тайге к моменту осыпания семян (конец зимы – начало весны) на деревьях остается не более трети первоначального урожая, остальное уничтожают, сбивают или растаскивают  клесты и др. птицы (дятлы, сойки, дрозды, кедровки).

4. Птицы поедают зеленые части растений: так, обыкновенный глухарь, питающийся зимой сосновой хвоей, съедает ее в месяц  более 6 кг. Питается также почками дерева. В ряде случаев это оказывает влияние на характер ветвления и формирует своеобразную архитектуру кроны дерева. 

5. Зайцы предпочитают молодые ветви деревьев и кустарников (веточный корм) как наиболее доступные и имеющие наибольшую кормовую ценность. Для растений эти повреждения означают потерю наиболее важных растущих частей, снижение прироста, изменение направления роста и ветвления, иными словами животные действуют на растения и как  формообразующий фактор.

6. В лесостепных дубравах  в годы массовых вспышек размножения дубовой листовертки, почти начисто съедающей  листву, у многих деревьев срабатывает защитная реакция – в середине лета трогаются в рост почки,  заложенные для будущего года, и развивается новая листва (иногда этот процесс повторяется еще раз в конце лета). Зарегистрирована еще одна  защитная реакция – увеличение фотосинтетической активности листьев, оставшихся несъеденными, что позволяет растению сохранить общую продуктивность фотосинтеза. 

7. На среднеазиатских пастбищах овцы почти не едят однолетние солянки (это растение) и полыни в начале вегетации (до образования семян), так как в это время года растения содержат много ядовитых алкалоидов; после плодоношения эти же виды становятся съедобными. 

8. Злаки, произрастающие на пастбищах рядом с лютиком клубненосным, не поедаются скотом. 

9. В Австралии овцы на пастбищах эффективно распространяют плоды дурнишника колючего, имеющего прицепки, прикрепляющиеся к шерсти животного. Это снижает качество шерсти и наносит вред  тонкорунному овцеводству.

10. Животные поедают сочные плоды растений (земляника – медведь; брусника – рябчик; черника – тетерев). Всхожесть семян возрастает при прохождении через пищеварительный тракт животного. Для приживания всходов, по-видимому, имеет значение отложение их семян совместно с экскрементами соответствующих видов животных – только в этом случае семенное размножение растений происходит достаточно эффективно. 

11. Растительноядные животные (фитофаги) питаются определенными растениями. Среди фитофагов есть крупные животные, потребляющие большое количество растительной массы. Взрослый лось летом съедает за сутки до 30-40 кг разнообразной растительной пищи, зимой – около 10 кг побегов и коры, ежедневно объедая около 300-400 деревьев и кустарников. В списке его кормовых растений есть и осина. Лось не только съедает фитомассу, но причиняет растению и иной ущерб: объеденные и поврежденные ветви и стволики отсыхают, сломанные и согнутые лосем деревца зимой становятся доступны и другим зверям-фитофагам (зайцам, полевкам). 

12. У лиан имеются приспособления для прикрепления к опоре. У молодых лиан прямостоячие стебли,  найдя опору, начинают очень быстро расти  по опоре. Например, виноград  по стволу ореха маньчжурского; актинидия по кроне клена; лимонник, увивающий  ель.  

13. Большинство из хамелеонов ведут древесный образ жизни и лишь в виде исключения спускаются на землю. Однако некоторые из них постоянно живут в земляных норах или обитают среди опавшей листвы на земле. Известны случаи нахождения хамелеонов даже в муравьиных гнездах.  

14. При сильной пастбищной нагрузке выпадают из травостоя ценные травы и, напротив, разрастаются непоедаемые – ядовитые, колючие. Преимущества на пастбище получают  растения, легко переносящие вытаптывание, - со стелющимися побегами и способностью укоренения отломанных частей. Так происходит зарастание пастбищ крупного рогатого скота  птичьей гречишкой (спорыш).  

15. В степном заповеднике «Аскания Нова» (южнорусские степи) на огражденных и невыпасаемых участках (ограждения ставили от антилоп) накапливался степной войлок, ухудшались водный режим  и аэрация почвы,  что привело к затрудненному возобновлению растений. Сначала из травостоя выпал ковыль, а затем и другие ценные степные виды. В конечном счете, эксперимент привел к деградации степного травостоя. Вывод: выпас животных в небольших дозах – естественный и необходимый фактор, поддерживающий само существование  степной растительности. 

16. Сойки не только питаются желудями, но и устраивают их запасы, довольно далеко унося плоды в пищеводах. Например, в Лисинском лесхозе (Ленинградская обл.)  в еловом лесу за 1-3 км от зарослей старых дубов встречается молодая поросль дубков – явно из желудей, занесенных в ельник постоянно летающими туда сойками. 

17. В норах бурундука находили до 5 кг кедровых орешков. Размеры запасающей деятельности мышевидных грызунов удалось оценить в лабораторных условиях. Так, одна пара мышей за месяц накопила 45 тыс. буковых орешков, общей массой около 9 кг. Интересно, что грызуны запасают только неповрежденные, отборные семена. 

18. Осенью ежи готовятся к продолжительному, глубокому сну. Перед залеганием они накапливают подкожный слой жира, поскольку каких-либо кормов на зиму не запасают. Зимуют они в одиночку. Устраивают убежище себе под корнями берез и других деревьев, кучами валежника, старыми пнями. Зверьки для зимовки делают небольшое углубление, выстилают его мхом, сухой травой (осокой, злаками), старыми листьями, разнообразными растительными остатками  и зарываются в них.

19. Картофель в наименьшей степени поражается колорадским жуком, когда произрастал  совместно с пасленом черным, так как гусеницы, вышедшие из яиц, отложенных на листьях этого растения, погибали.

20. Ондатра, североамериканский зверек, интродуцированный в водоемах Дальнего Востока, питается прибрежно-водными растениями и  наносит большой ущерб местной водной и прибрежно-водной флоре, включая и удивительные по красоте растения – лотос Комарова.  Так, у срезанных растений (тростник, камыш, осоки) она съедает ничтожно малую нижнюю сочную часть, а остальное растение погибает. Свои хатки ондатра строит из стеблей прибрежноводных растений.

Задание 2. Г.Ф. Гаузе выращивал инфузорий двух видов в 5 см³ среды Остерхаута (смесь солей в воде при температуре 26° С), кормом служили бактерии. Каждый день инфузориям давали одинаковое количество корма. Первоначально в колбу помещали по 20 инфузорий каждого вида и через каждые 5 дней проводили учет численности, результаты наблюдений представлены в таблице 13. Постройте график роста численности двух видов инфузорий. Определите плотность популяции каждого вида в начале, середине и конце эксперимента. Рассчитайте темпы роста популяций  и найдите точку равновесия системы, т. е. момент, когда численность 1-го и 2-го вида увеличивалась одинаково. Что можно сказать о конкурентоспособности этих видов?

Таблица  –  Численность инфузорий 2-х видов, выращиваемых в искусственной среде

Задание 3. Заполните таблицу.

Таблица –Классификация биотических взаимодействий популяций двух видов

Контрольные вопросы

1.     От чего зависит число экологических ниш в сообществе?

2.      Сформулируйте закон Гаузе.

3.     Приведите примеры проявления трофических, топических, форических и фабрических взаимоотношений видов.