как по форме ареала мы можем охарактеризовать отношение вида к абиотическим факторам
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
Что определяет границы ареала, занимаемые видом, — наличие географических барьеров или оптимальные условия для его существования? И можно ли количественно оценить понятие экологической ниши? Фото с сайта cafedecolombia.com
Как понять, что определяет границу видового ареала? Существует две основных версии: ограничение расселения из-за тех или иных изоляционных барьеров (проливов, гор, течений, глубин и т.д) или же ухудшение условий для существования вида. В последнем случае поселенцы неблагоприятных местообитаний отвечают снижением приспособленности, и их вытесняют конкуренты. Как выяснилось, эти гипотезы проверяемы, и для их тестирования накоплено достаточно материалов. Международная команда ученых собрала сведения об экспериментах по переселению представителей тех или иных видов за границы их естественных ареалов с учетом сравнительной приспособленности в чужих и родных районах. Одновременно сравнивали экологическое соответствие участков, в которых пришлось осваиваться переселенцам, с их родными районами. В большинстве случаев за пределами ареалов снижались и экологическое соответствие местообитаний, и приспособленность переселенцев. Данное заключение справделиво для широкого диапазона видов, климатических условий и географических областей, поэтому, по всей видимости, следует больше ориентироваться на вторую версию: размер и границы ареалов определяются экологическими свойствами вида.
Интересную тему подняли экологи из Университета Британской Колумбии (Канада). Вместе с коллегами из Тринити-колледжа (Дублин, Ирландия) и Калифорнийского университета в Дэйвисе (США) они рассмотрели связь между экологической нишей и размером видового ареала. Этот вопрос остро обозначился в экологических дискуссиях еще в середине 60-х годов. Что определяет границу ареалов — наличие между участками непроходимых для расселения барьеров или невозможность занять соседние территории из-за неподходящих условий?
Если верна первая гипотеза, то ареал со всеми его границами целиком переходит в ведение географов или палеогеографов, вычерчивающих те или иные физические барьеры. Если же верна вторая гипотеза, то размер ареала (и его границы) может служить хорошим интегральным показателем размера экологической ниши вида (или, если кому нравится, адаптивного пространства). А это просто клад для экологов, ведь нужно не забывать, что ускользающее понятие экологической ниши чрезвычайно трудно оценить количественно. Иными словами, биогеографам, оперирующим видовыми, родовыми и другими ареалами, хорошо бы определиться, с чем они имеют дело — с географией или всё же с экологией. Именно этот вопрос и решали исследователи, взяв за основу известные в литературе данные по экспериментальному переселению растений и животных (насекомых и пауков) за пределы своего родного ареала.
Правила игры были такие. Из всех опубликованных экспериментов надо было выбрать те, в которых растения или животных переселяли за пределы их видовых ареалов (на том же континенте, но за известными границами распространения, как горизонтальными, так и вертикальными), чтобы были указаны точные координаты участков переселения, чтобы были соответствующие параллельные контроли в новом и старом ареале (надежные оценки приспособленности в новом месте и в контрольном «родном»), чтобы в базах данных (в частности, в Global Biodiversity Information Facility) имелись сведения по точкам находок этих видов по всему ареалу.
Вот пример подходящих данных: в работе H. Bruelheide, A. Heinemeyer, 2002. Climatic factors controlling the eastern and altitudinal distribution boundary of Digitalis purpurea L. in Germany исследовалось выживание двухлетнего травянистого растения наперстянки пурпурной. Авторы работы сравнили выживание посаженных растений на 7 участках в пределах ареала и на 2 участках вне широтных и высотных границ ареала, для каждого из участков имелись точные координаты и описания. Для наперстянки, ареал которой составляет 5 650 000 кв. км, имеется 22 225 записей о местонахождениях с их точным описанием. Подобных экспериментальных работ с надежными данными нашлось 40. По этим работам можно было сопоставить приспособленность переселенцев со их оседлыми сородичами и потом сравнить результаты по всем видам.
Для начала оценили соответствие чужих участков естественным местообитаниям. Тут-то и пригодились многочисленные сведения из общих баз данных по нахождениям видов. Для каждого вида были выделены параметры среды, наиболее явно связанные с его местонахождениями, и далее эти параметры отслеживались на участке, куда переселяли представителей вида. Так оценивали показатель экологического «соответствия местообитаний» переселения. Нужно отметить, что оценка парметров местообитаний является сама по себе технически сложной задачей, для ее решения разработаны алгоритмы обработки самых разных комплектов данных. Экологам, которых интересует данная тема, имеет смысл посмотреть список публикаций из этой работы.
Получив величины «соответствия местообитаний», можно было переходить к самым главным вопросам: насколько снижается «соответствие местообитаний» за пределами ареалов и насколько связаны «соответствие местообитаний» и приспособленность индивидуумов. Если они снижаются, то верна экологическая версия границ ареалов, если они остаются относительно неизменными, то выиграет географический вариант.
(а) Приспособленность индивидуальных растений и животных, переселенных на новые участки (out), по сравнению со средними показателями внутри ареала (in), и (b) — соответствие местообитаний на новых участках по сравнению со средними по ареалу. Скомбинированы результаты по переселению за широтные и высотные границы ареалов; разными цветами обоначены разные виды. Рисунок из обсуждаемой статьи в Ecology Letters
Оказалось, что за пределами ареалов экологическое соответствие местообитаний снижается, то есть показатели среды меньше подходят для поселения конкретного вида. Параллельно снижается и приспособленность большинства (31 из 40) переселенных видов: у них меньше плодовитость, меньше число доживших до репродуктивного периода, для некоторых уменьшается и продолжительность жизни. Ни для одного из 9 оставшихся переселенных видов приспособленность и соответствие местообитаний не сохранились на уровне «родных» показателей, один из них обязательно снижался. Здесь важно, что это наблюдение справедливо для самых разных видов, для разных климатических зон на разных континентах, для разных показателей приспособленности, выведенных для разных стадий жизненного цикла. Это означает высокую степень надежности вывода: границы ареала и его размер определяются экологическими параметрами вида, а не географическими причинами.
Авторы, естественно, учитывают важность изоляционных барьеров при формировании ареалов вида, но всё равно считают, что снижение приспособленности за границами ареала важнее, чем те или иные географические препятствия.
Таким образом, границы ареалов и другие характеристики географического распространения видов поступают в ведение экологов. Интересно при этом, что ареалы высших таксонов могут быть использованы в палеоэкологии как приближение к размеру их адаптивного пространства. Например, размеры ареалов родов и семейств оказываются удобными характеристиками фундаментальных ниш высшего таксона. С этой точки зрения и палеонтологам имеет смысл пересмотреть бытующее отношение к таксономическим ареалам — вряд ли они определялись только лишь очертаниями горных хребтов, береговыми линиями, проливами, направлениями течений, ветров и т. п. В частности, идея, что площадь ареала ископаемого таксона (а также продолжительность его существования, отражающая устойчивость к вымиранию) положительно коррелирует с эврибионтностью (спектром условий, в которых таксон может существовать), ранее была обоснована на палеонтологическом материале (см. А. В. Марков, Е. Б. Наймарк, 1998. Количественные закономерности макроэволюции).
Источник: Julie A. Lee-Yaw, Heather M. Kharouba, Megan Bontrager, Colin Mahony, Anna Maria Csergo, Annika M. E. Noreen, Qin Li, Richard Schuster, Amy L. Angert. A synthesis of transplant experiments and ecological niche models suggests that range limits are often niche limits // Ecology Letters. 2016. V. 19. P. 710–722.
Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы, биология, 9-й класс
Разделы: Биология
Класс: 9
Цель: раскрыть особенности абиотических факторов среды и рассмотреть их влияние на живые организмы.
Задачи: познакомить учащихся с экологическими факторами среды; раскрыть особенности абиотических факторов, рассмотреть влияние температуры, света и увлажнения на живые организмы; выделить различные группы живых организмов в зависимости от влияния на них разных абиотического фактора; выполнить практическое задание по определению групп организмов, в зависимости от абиотического фактора.
Оборудование: компьютерная презентация, задания по группам с картинками растений и животных, практическое задание.
Все живые организмы, населяющие Землю, испытывают влияние экологических факторов среды.
Экологические факторы – это отдельные свойства или элементы среды, воздействующие прямо или косвенно на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из стадий индивидуального развития. Экологические факторы многообразны. Существует несколько квалификаций, в зависимости от подхода. Это по влиянию на жизнедеятельность организмов, по степени изменчивости во времени, по длительности действия. Рассмотрим классификацию экологических факторов, основанную на их происхождении.
Мы рассмотрим влияние первых трех абиотических факторов среды, так как их влияние более значительно – это температура, свет и влажность.
Например, у майского жука личиночная стадия проходит в почве. На него влияют абиотические факторы среды: почва, воздух, косвенно влажность, химический состав почвы – совсем не влияет свет.
Например, бактерии способны выжить в самых экстремальных условиях – их находят в гейзерах, сероводородных источниках, очень соленой воде, на глубине Мирового океана, очень глубоко в почве, во льдах Антарктиды, на самых высоких вершинах (даже Эвересте 8848 м), в телах живых организмов.
ТЕМПЕРАТУРА
Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Некоторые организмы, особенно в состоянии покоя или анабиоза способны выдерживать довольно низкие температуры. Колебание температуры в воде обычно меньше, чем на суше, поэтому пределы устойчивости к температуре у водных организмов хуже, чем у наземных. От температуры зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при температуре от 0 до +50 на поверхности песка в пустыни и до – 70 в некоторых областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится в пределах от +50 до –50 в наземных местообитаниях и от +2 до +27 – в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до –200, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88.
Различают животные организмы:
Организмы с непостоянной температурой тела (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся)
В природе температура не постоянна. Организмы, которые живут в умеренных широтах и подвергаются колебанию температур, хуже переносят постоянную температуру. Резкие колебания – зной, морозы – неблагоприятны для организмов. Животные выработали приспособления для борьбы с охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов увеличивается.
В жаркое время года наоборот, включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение влаги через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.
Организмы с постоянной температурой тела. (птицы, млекопитающие)
У этих организмов произошли изменения во внутреннем строении органов, что способствовало их приспособленности к постоянной температуре тела. Это, например – 4-х камерное сердце и наличие одной дуги аорты, обеспечивающие полное разделение артериального и венозного кровотока, интенсивный обмен веществ благодаря снабжению тканей артериальной кровью, насыщенной кислородом, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла, хорошо развитая нервная деятельность). Все это позволило представителям птиц и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить все места обитания.
В природных условиях температура очень редко держится на уровне благоприятности для жизни. Поэтому у растений и животных возникает специальные приспособления, которые ослабляют резкие колебания температуры. У животных, например слонов большая ушная раковина, по сравнению с его предком мамонтом, живущем в холодном климате. Ушная раковина кроме органа слуха выполняет функцию терморегулятора. У растений для защиты от перегрева появляется восковой налет, плотная кутикула.
СВЕТ
Свет обеспечивает все жизненные процессы, протекающие на Земле. Для организмов важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность воздействия. Например, у растений уменьшение длины светового дня и интенсивность освещения приводит к осеннему листопаду.
По отношению к свету растения делят на :
Важную роль в регуляции активности живых организмов и их развитии играет продолжительность и интенсивность воздействие света – фотопериод. В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам года, и сигналом для подготовки к изменению температуры служит продолжительность светового дня, которая в отличии от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время. Фотопериодизм – это пусковой механизм, включающий физиологические процессы, приводящие к росту и цветению растений весной, плодоношению летом, сбрасыванию листьев осенью у растений. У животных к накоплению жира к осени, размножению животных, их миграции, перелету птиц и наступлению стадии покоя у насекомых. (Сообщение учащихся).
Кроме сезонных, есть еще и суточные изменения режима освещенности, смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление, которое обеспечивает выживание особи – это своего рода «биологические часы», способность ощущать время.
Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.
ВЛАЖНОСТЬ
Вода – это необходимый компонент клетки, поэтому ее количество в тех или иных местах обитания является ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны данной местности.
Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию почвы и появлению болотной растительности. В зависимости от влажности почвы (количество осадков) видовой состав растительности меняется. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем лесостепной растительностью. Далее низкотравье, и при 250 мл в год – пустыня. Осадки в течении года могут выпадать не равномерно, живым организмам приходится переносить длительные засухи. Например, растения и животные саванн, где интенсивность растительного покрова, а так же и интенсивное питание копытных животных зависит от сезона дождей.
В природе происходят и суточные колебания влажности воздуха, которые влияют на активность организмов. Между влажностью и температурой есть тесная связь. Температура сильнее влияет на организм при влажность высокая или низкая. У растений и животных появились приспособления к разной влажности. Например, у растений – развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула фотосинтез идет зеленой частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается. Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают испарение.
У животных тоже появились приспособленности, позволяющих переносить недостаток влаги. Мелкие животные – грызуны, змеи, черепахи, членистоногие – добывают влагу из пищи. Источником воды может стать жироподобное вещество например у верблюда. В жаркое время некоторые животные – грызуны, черепахи впадают в спячку, продолжавшуюся несколько месяцев. Растения – эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения, могут сбрасывать листья, отмирать наземные части и так переживать период засухи. При этом до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища.
По отношению к воде растения делят:
По отношению к воде животных делят:
Виды приспособленностей организмов к колебаниям температуры, влажности и света:
Сделаем вывод, на все живые организмы, т.е. на растения и животные действуют абиотические факторы среды (факторы неживой природы), особенно температура, свет и увлажненность. В зависимости от влияния факторов неживой природы, растения и животных делят на различные группы и у них появляются приспособленности к влиянию этих абиотических факторов.
Практические задания по группам: (Приложение 1)
1. ЗАДАНИЕ: Из перечисленных животных назовите хладнокровных (т.е. с непостоянной температурой тела).
2. ЗАДАНИЕ: Из перечисленных животных назовите теплокровных (т.е. с постоянной температурой тела).
3. ЗАДАНИЕ: выберите из предложенных растений те, которые являются светолюбивыми, тенелюбивыми и теневыносливыми и запишите в таблицу.
4. ЗАДАНИЕ: выберите животных, ведущих дневной, ночной и сумеречный образ жизни.
5. ЗАДАНИЕ: выберите растения, относящиеся к разным группам по отношению к воде.
6. ЗАДАНИЕ: выберите животных, относящихся к разным группам по отношению к воде.
Задания по теме «абиотические факторы среды», ответы (Приложение 2)
Прочитайте онлайн Биология. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ | 7.1. Среды обитания организмов. Факторы среды: абиотические, биотические. Антропогенный фактор. Закон оптимума. Закон минимума. Биологические ритмы. Фотопериодизм
7.1. Среды обитания организмов. Факторы среды: абиотические, биотические. Антропогенный фактор. Закон оптимума. Закон минимума. Биологические ритмы. Фотопериодизм
Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: абиотические факторы, антропогенные факторы, биогеоценоз, биологические ритмы, биомасса, биотические факторы, зона оптимума, консументы, ограничивающий фактор, пищевые цепи, пищевые сети, плотность популяций, пределы выносливости, продуктивность, продуценты, репродуктивный потенциал, сезонные ритмы, суточные ритмы, фотопериодизм, экологические факторы, экология.
К абиотическим факторам – или факторам неживой природы, относятся климатические, температурные условия, влажность, освещенность, химический состав атмосферы, почвы, воды, особенности рельефа.
К биотическим факторам относятся все организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности. Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения, как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения, соответственно подразделяются на внутривидовые и межвидовые.
Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку. Так же они проявляются в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.
Межвидовые отношения могут быть симбиотическими, хищническими, паразитическими.
Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется, практически, на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.
Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.
Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения ( оптимумом ), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.
Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например, снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.
Организмы, способны существовать как в широких пределах колебания фактора, так и в узких. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения. В узких пределах колебания фактора, т.е. в относительно постоянных условиях, существуют паразитические или сим– биотические формы. Ареал таких организмов ограничен.
Биологические ритмы. Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. К внешним факторам относятся – изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений. Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Эти же факторы определяют время наступления перелетов птиц, линьку животных и т.д.
Фотопериодизм – фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды. Длина светового дня для многих организмов является сигналом смены сезонов. Очень часто на организм оказывает влияние сочетание факторов, и если какой либо из них является ограничивающим, то влияние фотопериода снижается или не проявляется вовсе. При низких температурах, например растения не зацветают.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Часть А
А1. Организмы, как правило, приспосабливаются
1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам
2) к одному, важнейшему для организма фактору
3) ко всему комплексу экологических факторов
4) в основном, к биотическим факторам
А2. Ограничивающим называется фактор
1) снижающий выживаемость вида
2) наиболее приближенный к оптимальному
3) с широким диапазоном значений
4) любой антропогенный
А3. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать
1) скорость течения воды
2) повышение температуры воды
4) длительные дожди
А4. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях
1) хищнических 2) паразитических
3) нейтральных 4) симбиотических
А5. Биологическим оптимумом называется положительное действие
1) биотических факторов
2) абиотических факторов
3) всех видов факторов
4) антропогенных факторов
А6. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к
1) саморегуляции 3) охране потомства
2) анабиозу 4) высокой плодовитости
А7. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой
1) атмосферное давление 3) влажность воздуха
2) долгота дня 4) температура воздуха
А8. К антропогенному фактору относится
1) конкуренция двух видов за территорию
3) содержание кислорода в атмосфере
А9. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается
1) домашняя лошадь 3) бычий цепень
2) майский жук 4) человек
А10. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает
1) прудовая лягушка 3) песец
2) ручейник 4) пшеница
Часть В
В1. К биотическим факторам относят
1) органические остатки растений и животных в почве
2) количество кислорода в атмосфере
3) симбиоз, квартиранство, хищничество
5) смена времен года
6) численность популяции
С1. Почему необходимо очищать сточные воды, перед попаданием их в водоемы?