Экологические взаимоотношения организмов

Экологическое равновесие и экологические ниши; типы экологических взаимодействий: нейтрализм, комменсализм, конкуренция, хищничество, паразитизм

Все составные компоненты экосистем находятся в постоянном взаимодействии. Однако любая экосистема чрезвычайно устойчива и ее составляющие строго сбалансированы, другими словами, в биогеоценозах соблюдается экологическое равновесие.

Экологическое равновесие — это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность ее биотической части (растений, животных, грибов, водорослей, бактерий) соответствует абиотическим условиям — почве и климату.

Но все же изменения в экосистемах происходят; они бывают обратимые и необратимые.

Обратимые изменения происходят в течение года, с весны до весны. При таких изменениях видовой состав экосистем сохраняется.

Необратимые изменения называются экологическими сукцессиями. При этом меняется видовой состав организмов экосистемы. Роль одних видов увеличивается, роль других уменьшается. Изменение количества особей разных видов в экосистеме напоминает движение маятника, но амплитуда обычно такова, что экологическое равновесие не нарушается.

Равновесие проявляется в следующем:

• 1) в постоянстве циклов питательных элементов: весь углерод, азот, усвоенный экосистемой из атмосферы, возвращается в нее;
• 2) в полном рассеивании поступившей в экосистему энергии: вся энергия, усвоенная экосистемой, после прохождения по цепям «продуцент — консумент — редуцент» рассеивается, т. е. «сжигается» в процессе дыхания.

Равновесие в экосистемах достигается также благодаря тому, что каждая экологическая группа видов занимает свою экологическую нишу. Совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования вида, называют экологической нишей. Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от понятия «ниша» понятие «местообитание» обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей корова и кенгуру занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса белка и лось, относящиеся к травоядным животным, занимают разные экологические ниши.

У близкородственных видов, живущих вместе, обычно наблюдаются очень тонкие разграничения экологических ниш. Так, пасущиеся в саваннах копытные по-разному используют пастбищный корм: зебры обрывают в основном верхушки трав, антилопы гну кормятся тем, что оставляют зебры, газели выщипывают самые низкие травы. Такое же «разделение труда» в южноевропейских степях осуществляли когда-то дикие лошади, сурки и суслики. Так происходит разделение животных по разным экологическим нишам.

Кроме того, в экосистемах представлены организмы, по-разному использующие питательные вещества и энергию.

Продуценты — автотрофные организмы экосистем — усваивают солнечную энергию и производят первичную биологическую продукцию.

Консументы — гетеротрофные организмы экосистем — перерабатывают эту первичную биологическую продукцию во вторичную.

Редуценты разлагают органическое вещество, возвращая минеральные элементы в почвенный раствор.

В этом сложившемся «производстве» участвуют популяции разных видов. Каждая занимает некоторое пространство, и все они потребляют разные ресурсы в разное время суток или сезонов года.

Разделение между популяциями пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Например, у представителей разных видов рационы питания различны: птицы поедают плоды и семена растений, насекомых, червей; грызуны — траву, зерно; млекопитающие — животных и растения. Легко понаблюдать дифференциацию экологических ниш в экосистеме водоема: одни организмы обитают в поверхностных слоях (медузы, планктон), другие ведут придонный образ жизни (бентос, камбала). У разных видов планктона и бентоса пища неодинакова.

Ярусность в лесу — пример дифференциации экологических ниш у растений. Растения имеют один тип питания — минеральные компоненты почвы, углекислый газ, вода и энергия солнечного света. Тем не менее их ниши дифференцированы: есть светолюбивые и тенелюбивые, ярусность наземная и подземная; им требуются различные элементы питания и неодинаковое количество воды; они в разное время цветут и плодоносят; каждое растение имеет собственных опылителей — это и означает, что все виды имеют разные экологические ниши. Особенно хорошо заметна ярусность в лесах. Например, в еловых лесах выделяются древесный, травяно-кустарничковый и моховой ярусы. Пять-шесть ярусов можно выделить и в широколиственном лесу: первый образован деревьями первой величины (дуб, липа, клен); второй — деревьями второй величины (рябина, дикие яблоня и груша, черемуха); третий — подлеском (лещина, крушина, жимолость); четвертый — высокими травами (борец, чистотел); пятый — более низкими травами (сныть, осока); шестой — низкими, стелющимися травами (копытень).

Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток: под пологом высоких растений могут существовать теневыносливые, вплоть до тенелюбивых растений. Такую же ярусность можно наблюдать и в почве. Подземная ярусность фитоценозов связана с разной глубиной укоренения растений, входящих в их состав. В лесах можно наблюдать несколько (до шести) подземных ярусов.

Животные также связаны с тем или иным ярусом растительности. Белка и соболь, например, живут в верхних ярусах, но могут спускаться вниз — за грибами и ягодами. Некоторые виды животных вообще не покидают своего яруса. Так, ёж никогда не будет взбираться на деревья. Дифференциация ниш у животных может сопровождаться сигналами, извещающими о том, что участок занят (волки и лисы «метят» стволы деревьев, птицы поют). Некоторые растения выделяют в атмосферу или в почву вещества, препятствующие росту других растений.

Биологический смысл дифференциации ниш — снижение конкуренции и возможность сосуществования различных видов.

Кроме того, что все живые организмы, составляющие экосистему, стремятся занять свою экологическую нишу, представители отдельных популяций вступают в кратковременное либо в длительное, постоянное взаимодействие друг с другом. Виды этих взаимодействий могут быть самыми различными.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой или использовать их как среду обитания в случае паразитизма; один вид может испытывать на себе влияние продуктов жизнедеятельности другого.

Если две популяции не влияют друг на друга, а их отношения нейтральны, такой вид взаимодействия называют нейтрализмом. Но это встречается очень редко. Например, синицы и лоси, которые обитают в разных экологических нишах в одном лесу, не конкурируя и не мешая друг другу.

Форма взаимоотношений, при котором один вид использует другой и последний при этом не получает ни вреда, ни пользы, называется комменсализмом. Это явление можно наблюдать, когда крупные млекопитающие (собаки, лоси) распространяют семена растений, имеющих зацепки (как у репейника), не получая при этом ни вреда, ни пользы.

Существует несколько видов комменсализма.

Нахпебничество — потребление остатков пищи хозяина. Таковы отношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул с рыбами-прилипалами.

Сотрапезничество — потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса. Например, это взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих разные органические вещества из перегнивших биологических остатков, и высшими растениями, потребляющими образовавшиеся при этом минеральные соли.

Квартирантство — использование одними видами других (их тел или жилищ) в качестве убежища или жилища. Такой тип взаимоотношений широко распространен у растений. Примером могут служить лианы и орхидеи, лишайники, мхи, поселяющиеся на стволах и ветвях деревьев. В норах грызунов обитают многие виды членистоногих. В коралловых рифах обитает большое количество морских организмов (рис. 14,1). Некоторые рыбы прячутся под зонтиком из щупалец медуз.

Часто организмы взаимодействуют друг с другом таким образом, что получают от этого взаимную пользу; два организма ведут совместную жизнь и их отношения в этом случае называются симбиозом. Степень связи партнеров может быть различной — более или менее тесной.

Так, совместное сожительство может выражаться как кооперация. Пример — опыление пчелами луговых растений, и те и другие не могут жить друг без друга.

Более тесные симбиотические связи называются мутуализмом. Пример — узкоспециализированные к опылению растения (инжир, купальница, дурман, орхидные) опыляются насекомыми строго определенного вида. Еще один пример: птицы кормятся насекомыми-паразитами на коже носорога, а их взлет, в свою очередь, служит ему сигналом опасности. Рак-отшельник вступает в симбиоз с актинией: актиния защищает рака от врагов, а он переносит актинию с места на место, что расширяет ее охотничьи угодья. Часть добычи актинии достается несущему ее раку (см. рис. 14, 2).

И наконец, собственно симбиоз предполагает очень тесное сожительство организмов, даже с элементами паразитизма. Классический пример — лишайники, известный симбиоз водорослей и грибов (организму присущи одновременно черты водоросли и гриба, что позволяет относить их по одним систематическим признакам к водорослям, по другим — к грибам). Одно несомненно: извлекая взаимную пользу из такого сотрудничества, лишайники достигли огромного видового разнообразия (их более 20 тысяч видов), получили способность жить в самых суровых условиях — в полярных областях, на голых скалах, коре деревьев, в высокогорьях (см. рис. 14, 3).

Клубеньковые бактерии на корнях бобовых, обогащающие азотом корневую систему и осуществляющие реакции нитрификации, — еще один пример симбиоза.

Следующий пример: термиты и их кишечные сожители — жгутиковые. Последние вырабатывают фермент, разлагающий клетчатку. Сами термиты таких ферментов не имеют и без симбионтов погибают.

Также явление симбиоза отмечается в отношениях муравьев и тли. Некоторые муравьи в муравейниках культивируют тлей, «доят» их, заставляя выделять особые сахаристые вещества (см. рис. 14, 5).

Рис. 14. Основные типы взаимоотношений организмов:

1,5 — квартирантство; 2, 3, 5 — симбиоз; 4 — паразитизм Известный пример симбиоза — грибы и деревья, когда гифы грибов (микориза) проникают в сосудистую систему деревьев; и те и другие специализируются на усвоении и разложении своих классов питательных веществ (подосиновики, подберезовики, маслята).

Но не всегда все так гармонично в отношениях различных организмов. Иногда их взаимоотношения носят «обостренный» характер, основанный на взаимном отрицании. Такие отношения называют конкуренцией, т. е. соперничеством, соревнованием. Это бывает в тех случаях, когда две популяции используют одни и те же ресурсы среды. Так, например, все растения борются за свет, влагу, питательные вещества почвы, а животные — за пищевые ресурсы, убежища (если они в дефиците), и в конечном счете — за территорию.

Конкуренция между особями одного вида называется внутривидовой, а между особями разных видов — межвидовой. Как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой.

Примеры межвидовой конкуренции: в Европе в поселениях человека серая крыса совершенно вытеснила другой вид — черную крысу, которая теперь живет в лесных и пустынных районах. В Австралии обыкновенная пчела, завезенная из Европы, вытесняет маленькую туземную, не имеющую жала. В Австралии можно наблюдать очень много примеров необычайно широкого распространения животных, завезенных из Европы.

Происходит разделение мест обитания вследствие конкуренции, которая способствует повышению устойчивости сообществ, более эффективному использованию имеющихся ресурсов.

У растений в конкурентной борьбе за свет преимущество получает тот вид, который либо быстрее растет и раньше становится облиственным, либо имеет морфологические особенности (длинный черешок, большая листовая пластинка), позволяющие улавливать больше света.

Пример внутривидовой конкуренции: самоизреживание растений в лесу. Например, появляется множество всходов елочек из семян. С течением времени видна разница в росте: те, которые растут быстрее, получают больше света и опережают в росте других, более слабых. Наконец более высокие совсем затеняют мелкие и последние засыхают и гибнут. Таким образом, побеждает более сильная особь. Конкуренция регулирует плотность популяции.

Конкуренция тем сильнее, чем ближе потребности организмов к фактору или условию, за которое они конкурируют. В этом отношении наиболее близки интересы организмов одного вида и, следовательно, внутривидовая конкуренция рассматривается как более острая по сравнению с межвидовой.

Кроме конкуренции, существует и взаимопомощь. Так, ель восстанавливается после уничтожения только в том случае, если ей помогут «растения-няни» — березы или ивы. Но в конце концов «няня» погибает, ее затеняют взрослые ели.

Еще один вид отношений организмов — хищничество, когда представители одного вида уничтожают (поедая) представителей другого. Для хищников характерно охотничье поведение, когда они сами ловят добычу.

Но, например, насекомоядные птицы могут и не охотиться за добычей, а отыскивать и собирать ее в траве, на земле, деревьях.

Хищнику, как правило, легче овладеть одиноким животным, ослабленным, больным, отбившимся от стада. В этом случае хищники выполняют роль санитаров.

Хищниками могут быть не только животные, но и растения. Например, росянка, а также пузырчатка и мухоловка охотятся и питаются насекомыми (рис. 15, д, е).

Еще один вид взаимоотношений организмов — паразитизм, когда один организм живет за счет питательных веществ и тканей другого. Обычно паразит использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного проживания.

В отличие от хищничества, при паразитизме хозяин погибает не сразу, а испытывает угнетение и ослабление в течение длительного времени.

Зараженные растения и животные менее продуктивны и раньше умирают, и, таким образом, паразиты регулируют плотность популяции хозяев. Паразиты характеризуются тремя основными особенностями:

• 1) в течение своей жизни они нападают всего на одну особь и поедают только часть вещества своей жертвы (хозяина);
• 2) обязательно живут в теле или на поверхности тела своего хозяина, поэтому они обычно намного мельче его;
• 3) теснее связаны со своим хозяином, чем хищник с жертвой, ввиду узкой специализации.

Паразиты животных: ленточные черви, круглые черви (см. рис. 14,4), печеночная двуустка, вши, клещи, вирус кори, туберкулезная палочка.

Паразитов растений называют еще фитопатогенами: повилика (см. рис. 15, ж), заразиха (на подсолнухе), фитофтора (на картофеле), филлоксера (на винограде), вирус табачной мозаики, головневые и ржавчинные грибы на ржи и пшенице.

Кроме истинных паразитов, существуют паразитоиды, например наездник; это насекомое ведет свободный образ жизни, но яйца откладывает в тело личинки другого насекомого или в тело пауков и моллюсков. Личинки наездника, вылупившись из яиц, питаются тканями своего хозяина и в конце концов почти целиком съедают его. Паразитоиды, как и настоящие паразиты, не вызывают быстрой гибели хозяина, а убивают его постепенно (см. рис. 15, а, б, в, г).

Существует особая категория микропаразитов. Это бактерии, вирусы (возбудители кори, тифа, листовой мозаики культурных растений). К этой группе относятся и представители простейших, например возбудитель малярии — малярийный плазмодий.

Рис. 15. Основные типы взаимоотношений организмов:

а, 6 — яйцееды; в, г — паразитоиды-наездники; хищники (д — росянка, е — мухоловка); паразит (ж — повилика) Некоторые организмы используют хозяина для откладки яиц и выкармливания потомства. Гнездовой паразитизм наблюдается у кукушки: подкладывая свои яйца в гнезда воробьиных птиц, она перекладывает на них обязанность вскармливать птенцов.

Все живые организмы, составляющие экосистему, стремятся занять свою экологическую нишу. Представители отдельных видов вступают в кратковременные или постоянные взаимоотношения друг с другом. Виды этих отношений имеют много возможностей и вариантов: нейтрализм, комменсализм, симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм. При этом существуют правила: выживает сильнейший; каждый приспосабливается, как может.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Дайте определение понятия «экологическая ниша» и приведите примеры.
• 2. Назовите организмы, исходя из способов их питания.
• 3. Перечислите основные виды взаимоотношений организмов друг с другом и приведите примеры.
• 4. Охарактеризуйте, в чем общность и различие хищничества и паразитизма.
• 5. Покажите на конкретных примерах роль симбиоза в природе.
• 6. Дайте определение понятия «конкуренция». Каковы ее последствия для растений и для животных? Поясните, в каких условиях у растений или животных будет отсутствовать конкуренция.
• 7. Разъясните биологический смысл хищничества и взаимопомощи.