ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ 

Брянский  государственный технический университет

Вариант 20 

Реферат

Видовые, структурные и генетические разнообразия в сообществах 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                     Выполнил студент  гр. З – 07 - ОБД

                                             Голубев А.А.

                                             Преподаватель

                                             Лобеева  
 
 
 
 
 
 

     Брянск 2011

Содержание

      Введение

     Термин  “экология" возник в рамках биологии. Его автором был профессор  Йенского университета Э. Геккель (1866 год). Экология первоначально рассматривалась  как часть биологии, изучавшая  взаимодействие живых организмов, в  зависимости от состояния окружающей среды. Позднее на Западе появилось понятие “экосистема", а в СССР - “биоценоз" и “биогеоценоз” (ввел академик В.А. Сукачев). Эти термины почти идентичные. Первоначально термин “экология" означал дисциплину, которая изучает эволюцию фиксированных экосистем. Даже теперь в курсах общей биологии основное место занимают проблемы главным образом биологического плана. И это тоже неверно, потому что крайне суживает содержание предмета. Тогда как сама жизнь существенно расширяет круг проблем, решаемых экологией.

     Из  общего числа видов какого-либо трофическокго  уровня или сообщества в целом  обычно лишь немногие имеют значительную численность, большую биомассу, продуктивность или другие показатели «значительности»; большая же часть относится к  редким видам, т. е. имеет низкие показатели «значительности». Если за поток энергии в каждой трофической группе «ответственны» несколько обычных или доминирующих видов, то видовое разнообразие трофической группы или сообщества определяют главным образом многочисленные редкие виды. Соотношение между числом видов и «показателями значительности» называется показателем видового разнообразия. Обычно видовое разнообразие невелико в «физически контролируемых экосистемах», т. е. в экосистемах, сильно зависящих от лимитирующих физико-химических факторов, и велико в экосистемах, контролируемых биологическими факторами. Вообще говоря, разнообразие увеличивается с уменьшением отношения отрицательной энтропии к биомассе. Разнообразие непосредственно связано с устойчивостью, однако неизвестно, до какой степени эта связь является причинно-следственной.

     1. Популяционная структура  вида

     В природе практически не существует видов, которые были бы повсеместно  распространены. Обычно каждый вид  имеет свою область распространения - ареал, границы которого определяются границами пригодных для данного вида условий обитания. Космополитами - видами, обитающими повсеместно - являются прежде всего человек, сумевший освободиться из-под влияния окружающей среды, и (с определенной долей условности) некоторые обитающие совместно с ним животные.

     Границы ареалов видов со временем изменяются. Как правило, это связано с  изменением условий существования, а также с адаптацией видов  к новой среде обитания. В настоящее  время ареалы многих видов меняются под влиянием хозяйственной деятельности человека. При этом ареал может сокращаться, как у соболя, или расширяться, как у зайца-русака.

     Условия среды определяют не только границы  ареала, но и закономерности размещения особей в пределах этих границ. Как  правило, внутри своего ареала животные, растения грибы или микроорганизмы распределены неравномерно: можно выделить отдельные «сгущения» - популяции.

     Видом называют совокупность особей, сходных  по основным морфологическим и функциональным признакам, кариотипу, поведенческим  реакциям, имеющих общее происхождение, заселяющих определенную территорию (ареал), в природных условиях скрещивающихся исключительно между собой и при этом производящих плодовитое потомство.

         Видовая принадлежность особи  определяется по соответствию  ее перечисленным критериям: морфологическому, физиолого-биохимическому, цитогенетическому, этологическому, экологическому и др. Наиболее важные признаки вида его генетическая (репродуктивная) изоляция, заключающаяся в нескрещиваемости особей данного вида с представителями других видов, а также генетическая устойчивость в природных условиях, приводящая к независимости эволюционной судьбы.

         Со времен К. Линнея вид является  основной единицей систематики.  Особое положение вида среди  других систематических единиц (таксонов) обусловливается тем, что это та группировка, в которой отдельные особи существуют реально. В составе вида в природных условиях особь рождается, достигает половой зрелости и выполняет свою главную биологическую функцию: участвуя в репродукции, обеспечивает продолжение рода. В отличие от вида таксоны надвидового ранга, такие, как род, отряд, семейство, класс, тип, не являются ареной реальной жизни организмов. Выделение их в естественной системе органического мира отражает результаты предшествующих этапов исторического развития живой природы. Распределение организмов по надвидовым таксонам указывает на степень их филогенетического родства.

         Важнейшим фактором объединения  организмов в виды служит половой  процесс. Представители одного  вида, скрещиваясь друг с другом, обмениваются наследственным материалом. Это ведет к перекомбинации в каждом поколении генов (аллелей), составляющих генотипы отдельных особей. В результате достигаются нивелировка различий между организмами внутри вида и длительное сохранение основных морфологических, физиологических и прочих признаков, отличающих один вид от другого. Благодаря половому процессу происходит также объединение генов (аллелей), распределенных по генотипам разных особей, в общий генофонд (аллелофонд)1 вида. Этот генофонд заключает в себе весь объем наследственной информации, которым располагает вид на определенном этапе его существования.

         Определение вида, приведенное выше, не может быть применено к  размножающимся бесполым путем  агамным (некоторые микроорганизмы, синезеленые водоросли), самооплодотворяющимся и строго партеногетическим организмам. Группировки таких организмов, эквивалентные виду, выделяют по сходству фенотипов, общности ареала, близости генотипов по происхождению. Практическое использование понятия «вид» даже у организмов с половым размножением нередко затруднено. Это обусловлено динамичностью видов, проявляющейся во внутривидовой изменчивости, «размытости» границ ареала, образовании и распаде внутривидовых группировок различного объема и состава (популяций, рас, подвидов). Динамичность видов является следствием действия элементарных эволюционных факторов.

     Популяция - совокупность особей того или иного  вида, в течение большого числа  поколений населяющих определенное пространство, внутри которого особи могут относительно свободно скрещиваться друг с другом, в то время как обмен особями с соседними популяциями в значительной мере затруднен.

     Популяционная структура видов зачастую бывает довольно сложной, и локальные поселения  можно объединить в более крупные группировки. Популяции высокого ранга, объединяющие несколько более мелких единиц, стабильны во времени, и могут обладать собственной эволюционной судьбой.

     В силу того, что разные популяции  в большей или меньшей степени  изолированы друг от друга, между ними накапливаются генетические и морфологические различия - формируется внутривидовая географическая изменчивость. 
 
 
 
 
 
 

     2. Межвидовые связи  в экосистемах

     В основе форм взаимодействия популяций  лежат трофические связи. Межвидовые отношения реализуются в виде взаимодействия конкретных видов в структуре отдельных биоценозов и выражаются:

     1) в антибиозе - крайнем выражении  конкурентных отношений. Вид полностью  препятствует возможности поселения  особей других видов в определенной  зоне влияния;

     2) нейтрализме - виды, взаимодействуя друг с другом, не оказывают друг на друга заметного биологического воздействия. Такой тип отношений встречается в отношениях между видами смежных трофических уровней;

     3) симбиозе - тесными функциональными  взаимовыгодными отношениями (мутуализм - выгода для обоих видов, комменсализм - выгода только для одного вида).

     В результате взаимоотношений растений и животных и у тех и у  других формировались адаптации. Это  образование твердой коры, различного рода шипов, колючек, развитие химической формы защиты у живых организмов, что способствовало ограничению выедания растительности. Удобрение почвы экскрементами животных способствует развитию богатой растительности. Важные биологические функции осуществляются на основе прямых трофических связей в пищевых цепях, вызывая ускорение биологического круговорота биомассы, способствуя распространению растений.

     Во  взаимоотношениях хищник - жертва большую  роль играет поведение во время охоты: простое собирательство, широкий  поиск, подстерегание, преследование, умерщвление жертв ядом. Животные, выступающие в качестве жертв, выработали приспособления - морфологические (шипы, колючки и т.п.), поведенческие (убегание, затаивание) или физиологические (продукция ядовитых, отпугивающих веществ), а также используют покровительственную окраску. Хищники могут воздействовать на половую структуру, изымая из популяций жертв преимущественно самцов.

     Форма взаимосвязей между видами, при которой  организмы одного вида живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида в течение определенного времени, называется отношениями хозяин - паразит. Для паразита организм хозяина - территория его обитания, которая защищена не только от факторов абиотического характера, но и укрывает его от различного рода врагов. Различают постоянных и временных паразитов. Для фиксации в организме жертвы используются зацепки, крючья, присоски. Обоюдные адаптации приводят к сокращению фатальных случаев среди жертв. Жизненно важно для паразита надежное попадание в организм хозяина. Явление паразитизма на планете наиболее богато представлено среди микроорганизмов и примитивных многоклеточных.

     Правомерно  вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды (такие как солнечная радиация, влажность и температура, атмосферное давление, антропогенные факторы и др.).

     Биоту, входящую в состав биогеоценоза, или  элементарной экосистемы, принято называть биоценозом (от греч. bios «жизнь», koinos «сообщество»), а пространство, им занятое, - биотопом. Совокупности природных факторов, в свою очередь, определяют и лимитируют развитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и природными факторами составляют экологические условия жизнеобитания.

     Основой формирования и функционирования биогеоценозов, а следовательно, и экосистем  являются продуценты - растения и микроорганизмы, способные производить из неорганического  вещества органическое, используя энергию  света или химические реакции.

     Продуценты, использующие для продуцирования органического  вещества солнечную энергию, называются автотрофами (от греч. avtos «сам», trof «питаться»), а использующие химическую энергию - хемотрофами.

     В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеротрофов (от греч. geteros - «разный»). Они используют для формирования своих органов готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности.

     Гетеротрофностью обладают консументы (от лат. копsymo - «потреблять») - потребители живого органического вещества, к которым относятся фитофаги и зоофаги.

     Фитофаги - травоядные (от греч. fitos - «растение», fagos - «пожиратель») или растительноядные.

     Зоофаги - хищники, поедающие фитофагов и более мелких хищников.

     Симбиотрофы (от греч. simbios - «сожительство») - микроорганизмы и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть  продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ.

     Паразиты - консументы, начиная от вирусов  и бактерий (микропаразитов) и заканчивая крупными растениями-паразитами или  насекомыми. Паразиты - организмы, обитающие  внутри или на поверхности животных или растений, которые питаются за счет организма хозяина, но не съедают его до гибели, а пользуются длительное время.

     В естественных экосистемах обеспечивается состояние динамического постоянства  баланса: растенияфитофагиохищникипаразиты. Тем не менее колебания численности  могут быть значительны.

     Сапрофаги - животные, поедающие трупы и экскременты.

     Процесс, при котором сообщества видов  растений и животных замещаются с  течением времени другими, обычно более  сложными сообществами, называется экологической  сукцессией, или просто сукцессией. Экологическая сукцессия обычно продолжается до тех пор, пока сообщество не станет стабильным и самообеспечивающимся. Конечное сообщество, занявшее нарушенный участок, называется зрелым сообществом, а экосистема в целом - климаксовой. На планете выделяют несколько крупных наземных климаксовых экосистем, которые называют биомами: тундра, хвойные леса (тайга), леса умеренного пояса, степи, пустыни, саванны, дождевые тропические леса.

     Экологи выделяют два вида экологических  сукцессии: первичные и вторичные. Первичная сукцессия - это последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв.

     Более распространенным типом сукцессии  является вторичная сукцессия, т.е. последовательное развитие сообществ  в ареале, в котором естественная растительность была устранена или  сильно нарушена, но почва не была уничтожена.

     Существует  два крайних типа видовых стратегий  – r-стратегия и К-стратегия. Это  два различных решения одной  задачи - задачи длительного выживания  вида.

     Виды  с r-стратегией быстрее заселяют нарушенные местообитания, характерные для ранних стадий сукцессии, такие как обнаженная горная порода, лесные вырубки, выгоревшие участки, чем виды с К-стратегией, так как они легче распространяются и быстрее размножаются.

     Виды  с К-стратегией более конкурентоспособны, и в конце концов они вытесняют r-виды, которые тем временем перемещаются в другие нарушенные местообитания.

     Сукцессия любого масштаба заканчивается формированием  зрелого сообщества, и в экосистеме все популяции приходят в состояние  динамического равновесия.

     В ходе сукцессии постепенно нарастает видовое разнообразие.

     С энергетических позиций сукцессия - это такое неустойчивое состояние  сообщества, которое характеризуется  несоответствием двух показателей: валовой продуктивности и энергетических затрат всей системы на поддержание  жизнедеятельности - дыхания.

     Изымая  избыток чистой продукции из сообществ, находящихся в начале развития сукцессии, мы задерживаем ее, но не подрываем  основу существования сообщества.

     Вмешательство же в стабильные, климаксовые системы  неминуемо вызывает нарушение сложившегося равновесия. Пока нарушение не превышает самовосстановительной способности системы, вторичные сукцессии могут вернуть ее к исходному состоянию - этим пользуются, например, при планировании рубок леса.

Заключение

     Таким образом, вид — это система популяций. Однако в формировании популяционной структуры вида не меньшее значение имеют и биологические особенности: подвижность особей, степень оседлости и привязанности к территории, способность преодолевать естественные преграды.

     Если  особи постоянно перемещаются в пределах ареала, то вид имеет небольшое число крупных популяций (северные олени, песцы). Границы между популяциями обычно проходят по естественным рубежам — проливы, реки, горные хребты. Например, Татарский пролив отграничивает сахалинскую популяцию белки от материковой. Если ареал невелик, то вид состоит из одной популяции (например, ель Глена на острове Сахалин).

     При незначительных перемещениях (у растений) формируется много мелких популяций, отражающих мозаичность рельефа. В  горных условиях на склонах разной экспозиции, а также на разной высоте над уровнем моря формируются популяции, существенно отличающиеся по многим признакам: времени начала цветения, величине семян, плодов и шишек, интенсивности фотосинтеза и т.д.

     Очень четко прослеживается популяционная структура вида при обособленности условий обитания, например, если сравнивать группы особей одного и того же вида рыб в разных озерах. Наоборот, сплошное заселение затрудняет выделение популяций (например, у колорадского жука). В этом случае границы между популяциями обычно смазанные, нечеткие. Между популяциями осуществляется обмен отдельными особями, причем это может происходить регулярно или эпизодически. Например, часть молодых ворон остается на местах зимовок, образуя пары с оседлыми птицами этого вида. При высоком уровне весенних паводковых вод многочисленные водоемы на какое-то время образуют единую систему, в которой происходит обмен особями популяций. Таким образом происходит обмен генетическими программами между отдельными популяциями, адаптации особей к изменяющимся условиям среды, их выживание или гибель (естественный отбор).

     Связи между популяциями поддерживают вид как единое целое. Различия могут  затрагивать все стороны биологии вида: морфологические, физиологические, размножение. Например, особи популяций соболя на Сахалине, Сихотэ-Алине и Верхоянском хребте различаются величиной, длиной шерсти и ее окрасом. Самки зайца-беляка в Карелии приносят зайчат 2 раза в год, а в Беларуси — до 4 раз.

     Многие  биологи считают популяцию основной формой существования вида, ареной, где происходят процессы микроэволюции. Детальные исследования популяций привели к появлению популяционной биологии. Один из основных вопросов, на который ученые пока не нашли ответа: какова должна быть численность популяции, чтобы она могла обеспечить существование вида во времени и пространстве? Практически ни для одного вида животных и растений она неизвестна. Считается, что для человека эта величина должна быть не менее 2 тысяч, только тогда возможен обмен генетической информацией, не приводящий к деградации популяции.

     Установление  численности популяции важно  для определения величины заказников, заповедников, организуемых для сохранения того или иного вида. Именно с  этой точки зрения многие заповедники  не выполняют своей главной задачи.

     Например, Воронежский заповедник не решил  бы задачи расселения бобра по всему  его ареалу, если бы там не создали  бобровой фермы, на которой этих животных выращивают в неволе. Вся площадь  заповедника позволяет жить в  естественных условиях лишь нескольким семьям.

     Вот почему в настоящее время ставится вопрос об установлении заповедного  режима не на ограниченных территориях, а в целых ландшафтно-географических регионах.

     Список  используемой литературы

1. Воронков  Н. А. Экология. Общая, социальная, прикладная: Учеб. пособие. - М.: Агар, 1999.
2. Гарин В.М. Экология для технических вузов: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2001.
3. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. - М.: Высшее образование. 2005. 335 с
4. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика// Нелинейные волны. Самоорганизация. М.: Наука, 1983.
5. Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1997. - 320 с.
6. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие. - М: ФАИР-ПРЕСС, 1999.
7. Общая экология: Учеб. / Под ред. А. С. Степановских. - М.: ЮНИТИ, 2000
8. Учебник для вузов (под ред. проф.В.Н. Лавриненко, проф.В.П.Ратникова: 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2006. - 79 с.