Жизнь меняет условия своего существования - РЕГУЛЯЦИЯ НА ПОПУЛЯЦИОННОМ И БИОСФЕРНОМ УРОВНЯХ

Постановка проблемы урока

На голой скале поселились лишайники. Они выделяют кислоты, разрушающие горные породы, и создают первый тонкий слой почвы. Появляется возможность для существования растений. Жизнь меняет среду своего существования.

• Что будет происходить в дальнейшем? Сформулируйте главный вопрос урока. (Сравните с авторским вариантом на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Что такое экосистема? (§ 25)

• Какую роль в поддержании устойчивости экосистемы играет круговорот веществ? (§ 25)

• Приведите примеры, в которых живые организмы или их сообщество изменяют среду своего существования. (§ 26)

Решение проблемы

Зарастание озера и превращение его в болото

27.1. Пример смены экосистемы.

• В чём причина зарастания озера и накопления торфа?

• Замкнут ли круговорот веществ в озере?

• Как меняются условия жизни в процессе зарастания?

• Изменяется ли видовой состав организмов при превращении озера в болото? Почему?

Сукцессия - закономерная смена экосистем

27.2. Сукцессия растительности на примере хвойного леса.

ГОЛЫЙ, лишённый почвы субстрат пригоден лишь для жизни пионеров освоения пространства — очень медленно растущих лишайников и водорослей, получающих необходимые вещества из атмосферы и в результате разрушения горных пород. По мере накопления первичной почвы и дальнейшего развития почвенного профиля происходит последовательная смена растительности. Ранние стадии — травянистые. На более поздних стадиях появляются кустарники и деревья.

Постепенное самопроизвольное восстановление нарушенной экосистемы или её развитие на новом месте называется сукцессией.

Сообщество - движущая сила сукцессии

В ходе сукцессии организмы преобразуют минеральный субстрат: его плотность, влажность, колебания температуры. Тем самым они подготавливают его для жизни других организмов. Это происходит в следующем порядке.

— В экосистему попадают споры, семена и расселяющиеся животные, способные существовать в данных условиях и использовать воздух, воду и органические вещества экосистемы для питания.

— Поселившиеся организмы растут и размножаются, их численность и биомасса увеличиваются, пока это позволяют условия и ресурсы.

— Деятельность сообщества организмов изменяет условия обитания, свойства ресурсов и скорость их обновления.

— При изменении среды обитания меняется и состав сообщества. В него вселяются виды, экологические ниши которых больше соответствуют новым условиям.

27.3. В процессе сукцессии меняется не только растительность, но и животное население.

27.4. Пример ярусной структуры лесного биогеоценоза (1-V- ярусы)/

В ходе сукцессии происходит усложнение ярусной структуры сообщества. По мере роста ярусы кустарников и деревьев заселяются характерными для них видами животных.

В чём причины сукцессии?

Каковы же причины сукцессионной смены экосистем? Разберёмся на примере изменения условий увлажнения (рис. 27.5). В засушливых условиях растительный опад не разлагается, а накапливается. В нём сохраняется влага. В переувлажнённых условиях опад накапливается из-за недостатка кислорода, постепенно поднимая почву над уровнем грунтовых вод. В обоих случаях оптимизируются условия увлажнения, увеличивается численность редуцентов, и они разлагают опад с такой скоростью, с какой он накапливается.

27.5. Ряды смены экосистем, начинающиеся с крайних условий, заканчиваются наиболее устойчивой экосистемой с оптимальными условиями увлажнения/

Чем больше различных организмов поселяется в экосистеме и чем больше они растут, тем более мягкий микроклимат создаётся в их окружении, более разнообразными и богатыми становятся ресурсы, пригодные для новых поселенцев.

Среди новых вселенцев будут виды, которые хуже переносят суровые абиотические условия, но лучше защищены от биотических факторов и способны вытеснить первых поселенцев. Так будет продолжаться до тех пор, пока условия не станут лучшими из возможных в данном географическом районе и пока экосистему не займут самые конкурентоспособные из обитающих здесь видов.

Состав сообщества перестанет изменяться, потому что не будет видов, которые способны их вытеснить. Вслед за этим абиотические условия, такие как свойства почвы, уровень грунтовых вод, перепады температур, тоже перестанут меняться. Конечно, это не остановит смену времён года и погоды, но их влияние на членов экосистемы будет смягчаться биомассой всего сообщества.

В благоприятной среде редуценты достигнут численности, которая необходима для разложения отмершей органики с той скоростью, с какой она поступает в почву. Поэтому круговорот веществ станет замкнутым. Экосистема перейдёт в состояние устойчивого динамического равновесия - климаксное состояние, которое без внешних нарушений может поддерживаться сколь угодно долго.

Таким образом, основных причин сукцессии две. Первая — неполная замкнутость круговорота: накопление излишков органического вещества в экосистеме, которое ведёт к изменению условий. Вторая причина — наличие видов, способных вселиться в сообщество и перерабатывать ресурсы экосистемы более эффективно.

Сукцессия противостоит нарушениям

Силы природы и деятельность человека постоянно изменяют облик планеты. Сукцессия — это способ воспроизведения или восстановления экосистемы.

Если она воспроизводится на новом безжизненном субстрате, то смягчение условий на нём требует большого времени, смены многих видов и поколений организмов. Такая первичная сукцессия идёт долго (рис. 27.6).

27.6. Образование экосистемы елового леса на скалах/

При восстановлении разрушенного сообщества на сохранившейся почве вторичная сукцессия идёт значительно быстрее, ведь почва содержит все необходимые вещества в доступной растениям форме и почти все условия, необходимые редуцентам. На ней сразу или почти сразу могут поселяться долгоживущие растения, от которых зависит микроклимат (рис. 27.7).

27.7. Возобновление экосистемы елового леса на вырубке/

Природные нарушения - ураганы, пожары, наводнения, оползни, а также нарушения по вине человека случаются обычно раньше, чем экосистема достигнет устойчивой климаксной стадии, и сукцессия начинается снова. Поэтому в природе мы часто встречаем промежуточные стадии сукцессий.

• Почему ель сменяет берёзу, а не наоборот? С какой особенностью этих видов связана данная закономерность?

Как изменяется экосистема по мере сукцессии

Особенности экосистемы	Начальные стадии	Конечные стадии
Пищевые сети	Простые	Сложные
Общая биомасса	Низкая	Высокая
Видовое разнообразие	Низкое	Высокое
Ярусность	Слабо выражена	Хорошо выражена
Продолжительность жизни особей	Малая	Значительная
Симбиотические отношения	Не развиты	Развиты
Устойчивость к обычным воздействиям	Слабая	Сильная
Устойчивость к необычным (например, антропогенным) воздействиям	Сильная	Слабая

• В чём причины отличий ранних стадий сукцессии от поздних? Чем объясняется удлинение продолжительности жизни на поздних стадиях сукцессии?

Обобщение новых знаний

Сукцессия - это закономерный способ восстановления нарушенных экосистем или воспроизведения их на безжизненном субстрате. Сукцессия состоит из последовательной смены менее устойчивых стадий более устойчивыми. При этом происходит смена суровых абиотических условий на более мягкие, скудных ресурсов - на более обильные, пионерных видов - на наиболее конкурентоспособные, незамкнутого круговорота веществ - на замкнутый.

Сукцессия

Применение знаний

1. Что такое сукцессия?

2. В чём причина смены стадий сукцессии?

3. Как восстанавливается экосистема после нарушений?

4. Почему ранние стадии сукцессии в одной и той же местности не похожи друг на друга, а поздние - очень похожи?

5. Почему вся планета не зарастает лесом?