Изучение животных
Изучение растений
Изучение климата
Студент - эколог
Накопление знаний подобно росту дерева. Вначале это небольшое растение с несколькими веточками, но постепенно появляются все новые ветки и увеличивается толщина ствола; дерево все растет - и вот оно предстает перед вами во всем величии и красоте... Только что вы прошли курс начинающего натуралиста, и тонкий стебель знаний устремился к небу.
Увеличивайте объем познаний, изучайте ветви естественных наук. Возможно, окажется, что процесс обучения перестал быть таким легким и простым, каким был вначале, но если вы проникнетесь сознанием необходимости роста, то не позволите себе остановиться из-за возникших препятствий, а будете преодолевать их с настойчивостью и целеустремленностью исследователя.
Биология включает три важных раздела - анатомию, науку о строении животных и растений; физиологию, науку о функциях и жизненных процессах, которые происходят в организме, и экологию, науку о взаимоотношениях животных и растений со средой их обитания. Для заинтересованного натуралиста-любителя экология является наиболее подходящей областью изучения, хотя, знание других двух разделов помогает глубже понять экологию.
Экология в свою очередь также подразделяется на несколько дисциплин: этологию - изучение поведения животных (см. главу 21); экономическую экологию - использование экологии в хозяйственной деятельности человека, географическую экологию - взаимодействие видов в различных географических регионах и пр. Ниже приводится словарь наиболее важных экологических терминов, которые надлежит внимательно изучить. Но сначала давайте разберем, что означает понятие «экологическая ниша»- основное экологическое понятие, с которым мы уже соприкоснулись в главах 1 и 9. Найдите определение экологической ниши в словаре.
Экологическая ниша представляет собой целый мир, и ее изучение является преддверием к открытию секретов природы. На земле существуют сотни тысяч видов животных и растений; натуралист изучает их сложные экологические отношения на отдельных конкретных примерах.
Познакомиться с понятием экологической ниши лучше на сравнительно простом примере. В главе 1 мы рассмотрели жизнь нескольких пауков семейства линифий, обитающих на небольшом участке крутого склона холма, затронув лишь два аспекта: насколько занимаемые ими участки удобны для охоты и насколько они защищены от ненастья. Но для полного понимания жизни экологической ниши определённого вида животных необходимо изучить все возможные аспекты.
Давайте познакомимся с экологической нишей водомерки. Это насекомое с четырьмя сильными гребущими ножками и парой хватательных передних ножек удивительно приспособлено для жизни на поверхности стоячей воды пруда или озера. Поверхностная пленка, представляющая нечто вроде прозрачной оболочки на поверхности воды и обладающая некоторой вязкостью, очень опасна для большинства крошечных наземных и водяных существ. Попадая на такую поверхность, они не в состоянии ни двинуться по воде, ни вернуться обратно на сушу или подняться в воздух. Ножки же водомерки покрыты водоотталкивающим воском, который позволяет насекомому скользить по поверхности воды, как конькобежцу по льду. Однако если поверхность возмущена набежавшей волной или брошенным камнем, пленка разрывается и насекомое тонет. Поэтому, если вы захотите поймать водомерку для своего аквариума и посадите ее в банку с водой, она по дороге непременно утонет.
Наблюдать за водомеркой в ее экологической нише на поверхности воды очень легко, ибо она пребывает там почти постоянно. Лишь в момент опасности она выбирается на сушу и скачет, довольно резво, до ближайшего водоема. Но настоящей экологической нишей для нее является только водная поверхность, где она проводит основное время в поисках мертвых или тонущих насекомых, попавших в плен поверхностной пленки. Глаза водомерки приспособлены улавливать блики света на воде, вызываемые движением плененных насекомых. Водомерка хватает жертву сильными передними лапками, вонзает в ее тело свой острый хоботок и высасывает кровь.
Все вышеописанное только часть отношений водомерки со средой, нам нужна общая картина. Поэтому проведите наблюдения, аккуратно занося те результаты в свою книжку, и попробуйте ответить на следующие вопросы: каковы отношения между полами у этого вида? (Обычно разницу между самкой и самцом можно заметить во время спаривания; не забудьте занести в книжку основные особенности строения тела насекомых и различия, характерные для той или иной особи.) Имеют ли самец или самка, или он, и она «свою» территорию на поверхности воды, куда они не допускают соперников? Бели так, то как водомерки охраняют ее? Происходят ли драки между насекомыми на границе охраняемой территории или назревание драки заставляет одного из соперников бежать? (Вспомните, что если таких драк бывает слишком много, то это ведет к увечьям и смерти, а это отражается отрицательно на виде в целом.) С кем из живущих на водной поверхности или под водой происходят у водомерки конфликты? Опишите природу этих конфликтов и объясните, почему водомерка именно так, а не иначе реагирует на них? Как и где откладывают самки яйца и как охраняют их от врагов? Ведет ли молодое поколение тот же образ жизни, что и родители, или живет как-то по-иному? Какими насекомыми в основном питается водомерка на наблюдаемом участке? Кого она убивает или на ком паразитирует, и как это происходит? Проводя наблюдения, не забывайте надежно спрятаться, чтобы не спугнуть птиц и млекопитающих. Каким образом им удается спасаться от этих животных? Попробуйте ответить на эти вопросы, и тогда вы получите представление о жизни и экологической нише водомерки.
Наблюдать за растениями легче, чем за животными. Но и в этом случае, чтобы получить представление об их экологической нише, следует начать с простых примеров - с растений, имеющих ограниченное распространение, ну, скажем, растущих на скалах, как черный латук. Пожалуй, лучше всего для изучения экологической ниши этого растения найти где-нибудь неподалеку небольшой участок размером 3 м2, где оно произрастает, и начать вести аккуратные записи: когда и как начинаются рост, цветение, плодоношение, опадение и рассеивание семян на всем участке. Прибавьте к этому описание отношений всей популяции изучаемых растений с другими растениями, описание типа почвы и условий, в которых они произрастают, врагов и паразитов этого растения, а также чем и как оно защищено. От чего страдает растение - от засухи или повышенной влажности? Попробуйте ответить на эти вопросы, проводя наблюдения и эксперименты. Можно высадить одно из растений в вашем саду, создав ему условия, близкие к естественным, чтобы легче было вести наблюдения.
Среди животных, имеющих простые экологические ниши, можно назвать пресмыкающихся, в том числе песчаных или скальных ящериц (см. рис. 15.3), саламандр, землероек, пауков или насекомых, обитающих вместе на одном участке (например, ногохвостки, живущие в земле, или пауки-кругопряды с их удивительной паутиной). Среди растений простую экологическую нишу занимают папоротники, водяные растения на берегу пруда и морские водоросли.
Этот словарь познакомит вас с понятиями и терминами, используемыми в экологии. Читая книгу, вы обнаружите, что многие из этих слов повторяются, и тогда, вернувшись к словарю, вы глубже поймете и усвоите материал.
Аспектирование (описание): рассматривает годовой сезонный цикл и влияние его на активность, характер и внешний вид сообщества различных животных и растений. Годовой цикл предполагает следующие периоды: предвесна (или ранняя весна), весна, лето, позднее лето, осень и зима.
Ассоциация (сообщество): обычно относится к наиболее ясно выраженным разделам биома (см. ниже) или естественного сообщества. Скажем, ассоциация бука и клена либо дуба и карий на востоке Северной Америки представляет два таких раздела внутри биома. Ассоциация обычно имеет одно или два доминирующих растения, помогающих ее определению.
Биом: совокупность животных и растений, населяющих крупные ландшафтные подразделения, например лиственный, хвойный лес и т. д.
Биомасса: общий вес растений или животных на определенном участке территории, например в пруду, лесу и т. п. Обычно его определяют следующим образом. Сначала, выбрав несколько небольших типичных участков, путем непосредственного взвешивания всех растений и животных устанавливают среднее количество вещества живых организмов, приходящееся на 1 м2 поверхности или на 1 м3 объема, а затем - для оценки всей биомассы - умножают эту величину на размер всей площади или всего объема.
Биота: комплекс животных и растений какой-либо крупной территории (государства, области), систематически описанный по видам.
Воздействие (влияние): воздействие одного вида животного на активность и численность других, результат воздействия (влияния) животных на среду обитания. Медведь-гризли сдвигает валун, чтобы добраться до суслика; гусеница, поедая листья, уничтожает дерево.
Вселенцы: название животных, проникших в климаксное сообщество (см. ниже) и ставших частью доминирующей ассоциации (фациации) или серии стадий в их суточной или недельной активности.
Доминанты (преобладающие виды): примером доминирующего растения является сосна желтая, которая доминирует на больших территориях среди растительности хвойных лесов Запада. Бизон доминировал когда-то в прериях. Иногда доминантным может стать даже крошечное насекомое: канадская ель, занимавшая громадные площади в хвойных северных лесах, была уничтожена почковой листоверткой (почковым побеговьюном).
Естественные сообщества: другое определение биома, относящееся к большим и средним сообществам, таким, как прерии, хвойные леса; они подразделяются на меньшие сообщества и фациации.
Жизненные зоны. Главные температурные и растительные зоны земного шара четко выражены на склонах гор, особенно на Западе. Несколько хуже они выражены на Востоке и Среднем Западе (см. главы 10 и 15). Растительные и животные сообщества склонов гор, если подниматься от их подножия к вершинам, соответствуют прериям и пустыням Калифорнии - зоне Нижней Соноры; чапаррелю и дубовым рощам зоны Верхней Соноры; громадным сосновым лесам переходной зоны; лесам пихты красной Канадской зоны; лесам сосны белоствольной Гудзоновой зоны и низкорослым травам и карликовым альпийским ивам Арктической, или альпийской, зоны.
Жизненные циклы и чувствительные периоды: естественно, что жизненные циклы растений и животных являются предметами изучения экологии. Простейший жизненный цикл имеет хвойное дерево. На взрослом дереве появляются мужские и женские шишечки. Ветер переносит пыльцу с шишек мужского дерева на шишки женского дерева, и появившиеся в результате семена дают жизнь следующему поколению. Дерево стареет и умирает. Лиственное дерево имеет более сложный жизненный цикл. Каждую осень оно теряет листву и пребывает в спящем состоянии до прихода весны, когда появляются новые листья, цветы, плоды и семена. Имеют весьма сложный жизненный цикл некоторые насекомые - они откладывают яйца, которые превращаются сначала в гусеницу, а затем в куколку с замедленными жизненными процессами, что дает ей возможность пережить зиму. К весне куколка превращается во взрослое насекомое. Оно находит себе пару, откладывает яйца и умирает.
Под чувствительными периодами жизненных циклов подразумеваются периоды холода или жары, засухи, дождя, снега или сочетание этих факторов, к которым живой организм должен быть хорошо приспособлен, иначе виду грозит вымирание. Так, лягушки и жабы зарываются в ил, чтобы не погибнуть в период длительной засухи. Насекомые, раки и другие членистоногие периодичееки сбрасывают старый твердый панцирь - их наружный скелет, под которым прячется мягкий панцирь, обеспечивающий возможность роста. В эти периоды они весьма уязвимы и вынуждены прятаться, пока их новый наружный скелет не затвердеет.
Инфлюэнт: главный инфлюэнт - животное типа медведя или лисицы, которое, активно охотясь, воздействует на популяцию каких-либо животных. Другими примерами могут служить хищные птицы, скажем, американский филин. Инфлюэнтами могут быть даже маленькие насекомые, например, москиты, способные вытеснить животных с занимаемой ими территории.
Среди менее значительных инфлюэнтов можно назвать древесного дикобраза - поркупина.
Климакс (климаксовое растительное сообщество): заключительное, относительно стабильное растительное сообщество, возникшее в результате смен, или сукцессии, растительных биоценозов. В отличие от климаксового, все предыдущие сообщества имеют выраженную тенденцию к развитию. Климаксовое сообщество характеризуется равновесием между животными, растениями и окружающей средой и без вмешательства извне может сохраняться неопределенно долгое время.
Коакция: взаимное приспособление видов друг к другу, в том числе и в тех случаях, когда эти виды являются антагонистами (например, хищники и их жертвы), отражающее межвидовые связи внутри сообществ.
Круговорот питательных веществ: в любой экосистеме имеет место круговорот питательных веществ (элементов и соединений, необходимых для поддержания жизни) благодаря взаимодействию растений и животных между собой и взаимодействию тех и других с солнечным светом, воздухом, водой и почвой . Растения-продуценты, используя солнечную энергию в процессе фотосинтеза, продуцируют пищу для первичных потребителей (растительноядных животных). Растительноядные, в свою очередь, являются пищей для вторичных потребителей (хищников). Все они - растения, и их первичные и вторичные потребители, умирая, потребляются и разлагаются редуцентами (грибы, бактерии и пр.) и возвращаются в почву в виде питательных веществ - и цикл снова повторяется.
Лимитирующий фактор: любой фактор среды обитания, ограничивающий возможности жизни на данной территории для какого-либо отдельного вида. Так, присутствие американского филина ограничивает возможность охотиться на открытом пространстве для маленьких сов, которые, спасаясь от филина, вынуждены держаться в тени больших деревьев.
Определяющие и парные факторы. Определяющий фактор - фактор, доминирующий на определенном этапе жизненного цикла какого-либо вида. К примеру, некоторые растения расцветают в начале июня, потому что именно в это время растения начинают получать нужные им количества света и солнечного тепла - важнейшие условия для начала цветения. Парным фактором называется совпадение двух благоприятных для жизни данного вида факторов: например, совпадение благоприятных температуры и влажности, подходящих для превращения куколок некоторых видов ос во взрослое насекомое.
Пищевая пирамида: см. рисунок.
Пищевая цепочка и трофические отношения: пример простой пищевой цепочки - травоядное (кролик) питается травой, а кролика съедает хищник (лиса). Более сложная цепочка состоит из четырех или более звеньев, к примеру: водоросли в пруду служат пищей для инфузорий, инфузорию поедает коловратка, коловратками питается маленькая рыбка, маленькая рыбка становится добычей большой рыбы, и, наконец, последняя попадает в пасть выдры. Трофические отношения - суть комбинации многих пищевых цепочек в биоме, например в пруду или в смешанном лесу.
Плотность популяции и ее распространение. Распространение популяции любого вида растений и животных зависит от лимитирующих факторов. Каким образом производится это лимитирование, можно определить, внимательно, изучая статистику популяции. К примеру, факт появления иван-чая (Epilobium angustifolium) на больших площадях вскоре после лесных пожаров лимитируется не климатическими условиями. Плотность популяции этого растения лимитируется лишь количеством видов растений, способных селиться на гарях и участвующих в развитии нового биоценоза, являющегося ранней стадией климаксного сообщества. Или вот еще пример зависимости распространения популяции от каких-либо лимитирующих факторов. Заяц-беляк, приобретающий с приходом зимы защитную белую окраску и быстро бегающий по снегу благодаря своим длинным задним ногам, водится в северных заснеженных лесах.
Последовательная смена (или сукцессия, или серия) сообществ. Последовательная смена сообществ (биоценозов), обитающих на одной и той же территории, в результате влияния природных факторов или воздействия человека. С тех пор, как растения впервые появились на Земле, началась смена растительных сообществ. Появившись поначалу на обнаженных горных породах, последовательно сменяя друг друга, растительные сообщества дошли до климаксовых лесных сообществ, существующих сегодня на Земле.
Сукцессия сообществ превратила озеро, возникшее в углублении, оставленном ледником и лишенное поначалу всяких признаков жизни, в озеро, наполненное множеством разнообразных растений, рыбой и другими живыми организмами, и, наконец, в озеро с климаксовым сообществом или в уже высыхающее озеро ввиду полного его зарастания. Наиболее распространенный вид сукцессии - частичная смена сообществ, сопутствующая пожару или лесоповалу.
После вырубки елового леса в Скалистых горах сначала появились травы, потом низкорослый кустарник, затем высокий кустарник и небольшие гибкие деревья (вроде осинообразного тополя), потом сосны и, наконец, климаксовые сообщества елового леса, способные находиться в равновесии веками. Однако не следует считать, что сукцессия сообществ всегда происходит так просто, как здесь описано. Некоторые сообщества способны сохраняться так долго, что превращаются в суперклимаксовые, не давая возможности истинным (конечным) климаксовым сообществам сменить их. Смена растительных сообществ влечет за собой изменения в жизни животных. Так, обитатели степей, такие, как зайцы, уступают место белкам, когда вырастут деревья, а дрозды, славки, виреоны и др. заменяют в лесных сообществах лугового жаворонка.
Поток энергии. Земля получает огромное количество солнечной энергии, 30% которой отражается атмосферой и поверхностью земли, а 70% поглощается ими. Лишь очень небольшая часть этой энергии (0,1%) используется для фотосинтеза растениями-продуцентами, растениями питаются первичные потребители (растительноядные), а последних, в свою очередь, пожирают вторичные потребители (плотоядные). Умирая, и продуценты, и первичные, и вторичные потребители возвращаются в лоно земли, где ими питаются редуценты - грибы и бактерии. Круговорот энергии показан на рисунке выше.
Развитие сообщества. В своем развитии сообщество проходит ряд последовательных смен (или серий), приближаясь к климаксовому сообществу.
Серия (сукцессионный ряд): совокупность последовательно развивающихся растительных сообществ. Например, от обнаженных камней до климаксового лесного сообщества (ксерическая серия) или от гладкой поверхности безжизненного водоема до климаксового сообщества водорослей, периодически затягивающих поверхность воды (гидрофильная серия). Большинство серий начинаются не с голого камня, а с более высокой точки в цепи развития, например, с пожара, наводнения, разрушения, вызванного хозяйственной деятельностью человека (см. Последовательная смена сообществ).
Сообщество: близко по значению к понятию «биота». Однако понятие «сообщество» подразумевает динамическое взаимодействие между отдельными сосуществующими растениями или животными, а не систематический перечень обитающих вместе видов, как это имеет место в понятии «биота». Слово «сообщество» уместнее употреблять для описания их взаимодействия в определенном регионе между естественно сосуществующими видами, чем применять этот термин для обозначения совокупности (множества) животных или совокупности растений, поскольку простой перечень не отражает характер их взаимодействия. Изучение различных сообществ показывает, что любое неосторожное, неосмотрительное вмешательство, человека в их жизнь может привести к гибели этого сообщества или, по крайней мере, к нарушению в нем экологического равновесия.
Температура, влажность и освещенность: главные лимитирующие факторы любого биома. Внимательно изучайте, как именно они влияют на растения и животных.
Фациация (группировка доминирующих видов в ассоциации): стадия формирования биоценоза в климаксовом биоме, видовой состав которого отличается от предыдущей стадии за счет проникновения из окружающих зон биома других видов.
Фация, или фациес (часть ассоциации, отличающаяся по доминанте): часть ассоциации, развивающейся в направлении климаксового сообщества. и отличающейся по доминанте (близко по значению к фациации). Так, длиннолистный бор, развивающийся в гикориевый лес, может иметь фации в виде групп других деревьев внутри или на границе бора.
Характеристика вида: животное или растение и характер его взаимодействия со специфическим сообществом, большим или малым.
Экологическая ниша: место обитания видов или место их адаптации к окружающей среде. Иногда ее занимает один вид (например, водомерки на поверхности воды), но чаще - одновременно несколько видов (например, лисы и норки).
Экологическое равновесие: пример экологического равновесия обычно представляет собой климаксовое сообщество - здесь взаимоотношения между видами сбалансированы. Это динамическое равновесие с возможными колебаниями численности различных видов в рамках общей гармонии. Человек зачастую нарушает это равновесие, что приводит к эрозии, загрязнению окружающей среды и другим признакам дисгармонии.
Экосистема (экологическая система): совокупность растительного и животных сообществ с их естественной средой обитания.
Экотон (пограничное сообщество): сообщество, которое обитает в пограничной полосе между двумя биомами или другими крупными экологическими единицами. Опушка леса, например.
