Теоретичний матеріал. Закономірності впливу біотичних та антропогенних чинників на організми та їх угруповання.

1. Біотичні чинники

Безпосереднє живе оточення організму називається біотичним середовищем, а впливи, що виявляються під час взаємодії організмів у ньому - біотичними факторами. Отже, біотичні фактори поєднують усю сукупність впливів живих організмів один на одного, а представники кожного виду можуть жити лише в такому біотичному середовищі, яке забезпечує для них нормальні умови існування.

      Р. Джадд розрізняє два типи взаємодій:

1. Гомотипові реакції, тобто взаємодія між організмами одного виду (розмноження, груповий ефект, масовий ефект, внутрішньовидова конкуренція);

2. Гетеротипові реакції, де взаємодіють особини одного виду(симбіоз, протокооперація, мутуалізм, коменсалізм, хижацтво, паразитизм, нейтралізм, аменсалізм, міжвидова конкуренція)

 

1. 1.       Гомотипові реакції:

• Ø Розмноження біологічний процес, за допомогою якого утворюються нові організми, відтворення собі подібних. Розмноження — фундаментальна особливість всіх відомих життєвих форм, кожен індивідуальний організм існує в результаті розмноження. Відомі способи розмноження поділяються на два головні типи: статеве і безстатеве (нестатеве).

-                     При безстатевому розмноженні новий індивідуум утворюється за допомогою спор чи спеціальних клітин, без участі гамет. Поділ бактеріальних клітин на дві дочірні клітини — приклад безстатевого розмноження. Безстатеве копіювання не обмежується, проте, одноклітинними організмами. Більшість рослин, деякі тварини і деякі інші багатоклітинні організми також мають здатність до безстатевого розмноження.

-                     Статеве розмноження вимагає залучення двох індивідуумів, зазвичай різних статей. Розмноження людини — загальний приклад статевого розмноження.

• Груповий ефект – це оптимізація фізіологічних процесів, яка веде до підвищення життєздатності під час об'єднання тварин одного виду в групи. Він проявляється як психофізіологічна реакція окремої особини на присутність інших особин свого виду. Спостерігається прискорення темпів росту тварин, підвищення їх плодючості, швидке виникнення умовних рефлексів, збільшення середньої тривалості життя індивідуума. Поза групою в деяких тварин навіть не реалізується плодючість. Наприклад, голуби деяких порід не відкладають яйця, якщо не бачать інших птахів. Досить поставити перед самкою дзеркало, щоб вона почала яйцекладку (Чернова, 1986).
• Масовий ефект. Термін «масовий ефект» запропонував Грассі. Це перенаселення середовища існування особинами одного виду. Масовий ефект має негативні наслідки для тварин. Досліди Т.Парка на малому борошняному хрущакові показали, що існує щільність популяції, за якою число яєць, які відкладає самка, досягає максимуму. А далі плодючість зменшується. У борошні накопичуються екскременти, токсичні виділення. Збільшується термін личиночної стадії. Може з'явитись канібалізм. Це і є прояв масового ефекту. Р. Чепман (США) назвав його ефектом самообмеження.
• Внутрішньовидова конкуренція

Конкуренція - це активна боротьба між двома або кількома організмами за засоби існування чи спільні фактори середовища. 

Внутрішньовидова конкуренція - це суперництво між особинами одного виду за життєво важливі ресурси. Конкуренція між особинами одного виду може зменшувати виживання і плодючість тварин, вона тим сильніша, чим більша щільність. В основному особини, що належать до одного виду, потребують тих самих ресурсів і змушені конкурувати за них, за винятком тих випадків, коли популяція вкрай нечисленна. Приклади конкуренції: взаємне затінення рослин, боротьба за самку, боротьба за територію в територіальних тварин. Прикладом внутрішньовидової конкуренції може слугува­ти доля личинок падальної мухи, що мешкають у трупах тва­рин. Мухи, які знайшли падаль першими, відкладають там яйця, і більша частина личинок, що вилуплюються, буває забезпечена їжею у кількості, достатній для досягнення ними зрілості. Проте личинкам, що вилуплюються з яєць, відкла­дених пізніше, може не вистачити їжі, і вони загинуть.

 

1. 2.     Гетеротипові реакції:

• Хижацтво. Тип відносин між біологічними популяціями, при яких хижак живиться іншими організмами, жертвою. Це однобічний зв’язок між хижаком і жертвою, з якого хижак отримує вигоду від сумісного існування з жертвою, що відчуває на собі несприятливий вплив. Ця особливо жорстока форма міжвидових взаємовідносин є одним із важливих факторів, що впливає на ріст популяції. Немає єдності екологів у визначенні поняття хижак, оскільки воно має різні відтінки. Треба чітко розмежувати поняття м’ясоїдні тварини і хижаки.

Хижаками називають тварини і рослини, що полюють і поїдають жертву. Типовим хижакам властива мисливська поведінка, агресія і азарт, їх жертвами є тварини, здатні протистояти і захистити себе (системи лев-зебра, лисиця-заяць, вуж-жаба, павук-муха тощо).

Однак, не можна вважати хижаком-мисливцем дятла, горобця, синицю, ластівку, які живляться комахами, їх личинками, насінням рослин. Такий спосіб живлення м’ясоїдних збирачів жертв властивий комахоїдним тваринам.

Існує чотири основні категорії хижаків:

1. Справжні хижаки - це істоти, що у процесі живлення ловлять і вбивають свою жертву, після чого її поїдають цілком або частково. Впродовж життя вони вбивають велику кількість жертв, що можуть належати до різних видів.( Павук тарантул( вмілими і безшумними мисливцями. Цей павук любить і вміє полювати, для нього звичною справою є очікування своєї жертви.), Чорна мамба(Назва змії дав чорний колір її шкіри всередині рота, який широко розкривається перед смертоносним укусом жертви. Їх агресія пробуджується, якщо цих змій потривожити. Нападаючи на свою жертву, чорна мамба намагається вразити її кілька разів. ), Риби-піраньї, Вовк, Комодский варан, Крокодил, Касатка, Ведмідь грізлі, Лев, Біла акула)
2. Пасовищні хижаки - це істоти, які живлячись не вбивають своєї жертви, але поїдають її частину, чинячи їй шкоду. За своє життя вони харчуються різноманітними жертвами з різних видів.
3. Паразитоїди - це істоти, які нападають на свою жертву, відкладаючи у неї яйця, личинка що вивелась вбиває свого хазяїна
4. Паразити - це істоти, що тісно пов'язані з однією або кількома особинами одного чи кількох видів впродовж усього свого життя, вони поїдають частину жертви, завдаючи їй шкоди

У процесі еволюції хижаки виробляли в собі поведінку мисливця, а жертва - систему відсічі та захисту.

У зв’язку з хижацьким способом життя у хижаків вироблялись різні форми пристосування до виловлювання і ловлі жертв. До них належать:

-                     кращий розвиток органів чуття;

-                     швидкі і точні нападні удари;

-                     спритність і швидкий біг;

-                     блискавична реакції;

-                     підкладання; 

-                      конкретні, стосовно середовища життя, адаптивні ознаки виду (довгі липкі язики, прикріплені переднім кінцем, точний приціл ним у жаб, хамелеонів, ящірок; загнуті отруйні зуби у гадюк; павутина і отруйні залози у павуків та інші)

Жертвам теж властиві різні способи пасивного і активного захисту від хижаків.

При пасивному способі захисту розвиваються захисне забарвлення, тверді панцирі, шипи, вміння знаходити безпечні місця. 

Активний спосіб захисту зумовлений розвитком у жертв органів чуття, швидкості бігу, обманливої поведінки, що супроводиться вдосконаленням нервової системи.

 

• Паразитизм - це така форма трофічних зв'язків, коли паразитичний вид використовує хазяїна як їжу й місце свого існування. Він цілком залежить від хазяїна й може викликати його загибель. Господар служить паразитові не тільки джерелом енергії, а й біотопом (біотоп — життєвий простір групи). Тому між ними складаються значно тісніші функціональні зв'язки, ніж між хижаком і жертвою.

З екологічної точки зору паразитизм має багато спільних рис з хижацтвом, проте є й суттєва різниця, а саме:

• паразити менші за свого хазяїна;
• будова, обмін речовин, життєві цикли паразита більш спеціалізовані; це пов'язано з особливостями середовища існування й проблемами розповсюдження від хазяїна до хазяїна;
• паразит знижує життєдіяльність хазяїна, але найчастіше не вбиває його, оскільки зі смертю хазяїна загине й сам;
• немає організмів, які б не були уражені паразитами (двома-трьома й більше видами);
• половина видів на планеті, а може, й більше — паразити

Паразитизм поділяється на такі типи:

1. 1.                 Ендопаразитами - паразити, котрі живуть всередині тіла хазяїна (наприклад, аскариди в кишечнику коня або людини). Ці паразити в  пошуках хазяїна покладаються на пасивні механізми (розповсюдження яєць або личинок для випадкового поїдання твариною-хазяїном, і т.ін.);
2. 2.                 Ектопаразитами  - паразити, що живуть на зовнішніх покривах хазяїна (наприклад, блохита кліщі). Ці паразити розповсюджуються активно: так, наприклад, у вагітних самиць кролів перед пологами помітно збільшується кількість бліх, котрі потім переходять на потомство. 
3. 3.                 Епіпаразити, або надпаразити — це паразити, що паразитують на інших паразитах.
4. 4.                 Паразити-некротрофи використовують хазяїна, призводячи до його смерті від нестачі поживних речовин або побічних ефектів від життєдіяльності паразита (наприклад, таким паразитом для людини є бактерія-збудник чуми). Паразити-некротрофи у випадку, коли вони можуть виживати після смерті хазяїна, називаються паразитоїдами.
5. 5.                 Паразити-біотрофи звичайно не призводять до смерті хазяїна і не можуть вижити у випадку його смерті. Такими паразитами, наприклад, є чисельні віруси.
6. 6.                 Соціальні паразити отримують вигоди від взаємодії із угрупованнями соціальних тварин (наприклад мурах або термітів), використовуючи особливості їхньої суспільної організації (такими є, наприклад, кілька видів жуків, що живуть в мурашниках, живлячись на «складах» продуктів всередині них, та отримуючи від мурах захист від ворогів). Клептопаразитизм виявляється в крадіжці їжі, матеріалів для гнізд тощо, одними видами у інших. Клептопаразитами є, наприклад, тропічні птахи фрегати, котрі самі майже не можуть добувати рибу, але відбирають її в інших птахів. Специфічний гніздовий паразитизм характерний для багатьох видів зозуль: в цьому випадку птахи-паразити підкладають свої яйця в гнізда інших птахів, котрі потім вигодовують чужих пташенят.

         Завдяки живленню за рахунок господаря будова більшості паразитів спрощується, вони втрачають органи активного життя: органи зору, пересування, спрощується будова органів чуття. У стрічкових черв'яків, що мешкають у кишечнику людини, тобто в живильному розчині, відсутня травна система і живлення здійс­нюється шляхом всмоктування всією поверхнею тіла.

 

• Симбіоз — це співжиття живих істот, що належать до різних систематичних груп.

Розрізняють такі різновиди симбіозу:

ü Мутуалізм - це взаємовигідне існування різних організмів, від якого виграють обидві сторони.  Один з найвідоміших прикладів таких відносин — лишайни­ки, являють собою нероздільне співжиттям гриба і водорості, ко­ли присутність партнера стає умовою життя кожного з них. Гіфи гриба, обплітаючи клітини і нитки водоростей, одержують речо­вини, що синтезуються водоростями. Водорості витягують воду і мінеральні речовини з гіф гриба. У вільному стані лишайникові гриби не зустрічаються і здатні утворити симбіотичний організм лише з певним видом водоростей.

Найтісніша форма мутуалізму — коли один організм живе всередині іншого, називають квартиранство. Квартиранство поділяють:

v тип співжиття, за якого один вид проживає у житлі, наприклад норі, гнізді, мурашнику, іншого.

v взаємодія при якій квартирант живе на поверхні тіла господаря, наприклад тварини, що гніздяться на деревах, вусоногі раки, що поселяються на китах та акулах.

v квартиранство всередині тіла господаря, наприклад  система органів травлення корів та інших жуйних тварин. Корови, як і людина, не здатні перетравити целюлозу — речовину, яка у великій кількості міститься в рослинах. Але у жуйних тварин є особливий орган — рубець. Він являє собою порожнину, в якій живе безліч мікробів. Рослинна їжа, після того як тварина її прожувала, потрапляє в рубець, і там ці мікроби руйнують целюлозу. Тварина може відригнути і знову прожувати частково розщеплену їжу — саме цим і займаються корови, коли пережовують свою жуйку. 

 

ü    Коменсалізм - при якому один вид угрупування (коменсал) одержує користь від співжиття з іншим видом, а останній її не має.  В екології коменсалізм ще інакше називають нахлібництвом. Термін «коменсалізм» походить від латинського виразу cum mensa, тобто «за одним столом», і початково застосовувався для позначення поведінки тварин, які слідують за хижаками і живляться залишками вбитої ними здобичі після того, як хижак насититься. Але сучасне поняття коменсалізму ширше і включає до себе інші види взаємодій, під час яких організм-коменсал може отримувати від організму-хазяїна не тільки їжу, а також захист від ворогів, домівку, використовувати його як транспортний засіб чи опору, не заважаючи хазяїнові. Коменсальні відносини часто відбуваються між великим організмом-хазяїном і значно меншим порівняно з ним організмом-коменсалом. Організм-хазяїн при цьому зостається незайманим цією взаємодією; на відміну від нього коменсал, навпаки, може демонструвати значні пристосування в будові тіла і поведінці, які полегшують йому участь в коменсальних стосунках. 

Приклади таких взаємовідносин:

• леви й гієни, які підбирають залишки здобичі, що залишилась;
• великі акули й риби-прилипали, що супроводжують їх;
• молодь риб, що ховається під парасольками захищених жалкими нитками медуз;
• поселення рослин-епіфітів на корі дерев.

Відносини типу коменсалізму дуже важливі в природі. Вони сприяють повнішому освоєнню середовища й використанню ресурсів. Інколи коменсалізм переходить в інші типи відносин, наприклад у паразитизм.

 

• Аменсалізм — це такий тип взаємодії, коли один із видів, що взаємодіють, пригнічується іншим, тоді як другий вид від такого спільного життя не отримує ні шкоди, ні користі. Така форма взаємодії частіше зустрічається в рослин. Наприклад, світлолюбиві трав'янисті види, які ростуть під ялиною, відчувають пригнічення внаслідок сильного затінення їх кроною, тоді як для самого дерева їх сусідство може бути байдужим. Сюди можна віднести «цвітіння води» за участю синьо-зелених водоростей, явище «червоного моря» - виділення гігантськими скупченнями мікроорганізмів токсичних речовин, які спонукають до загибелі риб і інших морських тварин.

 

• Протокооперація -  тип взаємин між двома організмами (популяціями), при якому обидва отримують користь, але який нерідко не є обов'язковим і взаємозв'язок просто випадковий. Протокооперацію розглядають як один з різновидів симбіозу. Наприклад жук темний м'якотілий живе (живиться) на рослинах і випадково бере участь у їх запиленні.

 

• Нейтралізм - це нульовий варіант стосунків, коли обидва види незалежні і не впливають один на одного. У природі справжній нейтралізм є вкрай рідкісним явищем, оскільки між усіма видами можливі непрямі стосунки. Нейтралізм описується як взаємодія, при якій один вид абсолютно не має будь-якого ефекту з боку іншого. Справжній нейтралізм надзвичайно маловірогідний та його важко довести.

2. Антропогенні чинники

Різноманітність форм людської діяльності, які змінюють біотичні та абіотичні елементи природи називають антропогенними чинниками.

До антропогенних факторів належать усі види створених технікою і безпосередньо людиною впливів, які пригнічують природу:

- забруднення (внесення в середовище нехарактерних для нього нових фізичних, хімічних чи біологічних агентів або перевищення наявного природного рівня цих агентів);

- технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів ( у процесі добування природних ресурсів, будівництва тощо);

- вичерпання природних ресурсів (корисні копалини, вода, повітря);

- глобальні кліматичні впливи (зміна клімату в зв’язку із діяльністю людини;

- естетичні впливи (зміна природних форм, несприятливих для візуального та іншого сприймання.

Антропогенні фактори – це впливи людини на екосистему, що зумовлюють у її компонентів (абіотичних, біотичних) суттєві відгуки (реакції).

До випадкових належать впливи, які є наслідком діяльності людини, але не були наперед передбачені або заплановані: випас худоби, невипадкове завезення насіння бур’янів, розорювання земель.

Негативні антропогенні фактори: урбогенні (теплові, хімічні, радіаційні,  електромагнітні, світлові, звукові, вібраційні тощо) та техногенні процеси, які часто діють сумісно.

Позитивні антропогенні фактори: інтродукція, фітомеліорація, біологічні методи боротьби із шкідниками.

Інтродукція – переселення видів рослин і тварин, у місця, де вони раніше не існували. Наприклад, види пшениці, ячменю, гороху завезені в Європу із Закавказзя, картопля з Південної Америки, більшість співучих птахів Гаваїв – інтродуковані.

Фітомеліорація – це процес використання природної перетворювальної функції рослинності  в оптимізації ноосфери. - 

Біологічні методи боротьби із шкідниками – це використання живих організмів (хижих комах, мікробіологічних препаратів, генетичних методів, фітофагів проти бур’янів, рослинних пестицидних препаратів, використання загиблих комах-шкідників) для зменшення або повного усунення шкоди, яку наносять шкідники тваринам, людині, сільськогосподарським культурам.

 

Класифікація антропогенних факторів за їх природою:

1. Механічні: тиск колесами й гусеницями, завислі речовини в повітрі та воді, течії, вирубування лісу, відловлювання тварин, збирання дикоростучих рослин, перешкоди для міграцій тварин, перевертання пластів грунту і т.д.
2. Фізичні: тепло, світло, електромагнітне поле, радіохвилі, інфра і ультразвук, шум, іонізуюче випромінювання, колір, переведення речовини з одного стану в інший, зміна вологості.
3. Хімічні: хімічні елементи та їх сполуки.
4. Біологічні: вплив інтродукованих організмів, антропогенний природний добір, штучний добір у популяціях диких організгуіів, насадження лісів.
5. Ландшафтні: штучні водойми, рельєф, рекультивовані ділянки, канали, штучні ліси і луки.

Класифікація антропогенних факторів за їх загальними особливостями:

1. Первинні — ті, що безпосередньо вироблені людиною.
2. Вторинні — ті, що з'явилися в природі під впливом первинних факторів і за їх взаємодії з природними факторами (продукти розкладання пестицидів, річки, що обміліли після вирубування лісів та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за часом походження й дії:

1. Здійснені в минулому:

а) ті, що припинили свою дію, але їх наслідки відчуваються і зараз (винищення, випасання, випалювання та ін.);

б) ті, що продовжують діяти нині (штучний рельєф, канал, водосховище, посаджений ліс, інтродукований вид та ін.).

2. Здійснювані в даний час:

а) такі, що діють у момент виробництва (звукові коливання, електромагнітні хвилі та ін.);

б) такі, що діють певний час після закінчення виробництва (стійкі хімічні забруднювачі, вирубаний ліс, змінений рельєф та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за тривалістю дії при при­пиненні виробництва:

1.Такі, що діють лише в момент їх виробництва (електромагнітне поле, звукові хвилі, світлові промені та ін.).

1. Короткочасної дії (дощування, зрошування, забруднення речовинами, що швидко випаровуються, та ін.).
2. Тривалої дії (радіоактивне забруднення, штучний рельєф, інтродуковані види та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за їх здатністю до акумуля­ції у навколишньому середовищі:

1.Не  здатні  до  акумулювання,   параметри  яких  залежать  від об'єму й інтенсивності їх породження (звукові подразники, електромагнітні поля, вібрація та ін.).

1. Здатні до короткочасного акумулювання з подальшим посиленням свого впливу (пестициди в грунті, нестійкі хімічні сполуки у воді і повітрі, запилення атмосфери та ін.).
2. Здатні до безперервної і невизначено тривалої акумуляції (радіоактивні речовини з тривалим періодом напіврозпаду, стійкі хімічні сполуки, вилучення корисних копалин, істотні зміни рельєфу, водосховища та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за їх здатністю до міграцій:

1. Мігруючі, такі, що діють у місці виробництва і на деякііі відстані від нього (рельєф, вібрація, електромагнітне поле, звукові коливання, світло та ін.).
2. Мігруючі з потоками води і повітря (пил, тепло, хімічні речовини, гази, аерозолі та ін.).
3. Мігруючі з засобами їх виробництва (судна, засоби автомобіль­ного і залізничного транспорту та ін.). Сюди відносять різноманітні фак­тори, у тому числі і деякі з груп 1 і 2.
4. Мігруючі самостійно (інтродуковані види тварин, здичавілі домашні тварини).

Класифікація антропогенних факторів за обсягом охопленого простору:

1. Діють тільки в місці виробництва (загибель тварин під колесами автомобілів тощо).
2. Діють у місці їх виробництва та на певній відстані від нього (органічні речовини у воді, запиленість атмосфери та ін.).
3. Дія поширюється на величезні відстані, а іноді й на всю планету за досить високих обсягів виробництва (стійкі хімічні речовини у воді і атмосфері, радіоактивні речовини з тривалим терміном напіврозпаду та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за стійкістю викликаних ними змін у навколишньому середовищі:

1. Викликають тимчасові зворотні зміни (будь-який тимчасовий вплив на навколишнє середовище, що не приводить до повного знищен­ня видів; забруднення води нестійкими речовинами та ін.).
2. Викликають відносні незворотні зміни (окремі випадки інтродукції видів, створення водосховищ, знищення водойм та ін.).
3. Викликають абсолютно незворотні зміни в навколишньому середовищі (повне знищення видів, вилучення корисних копалин та ін.).

Класифікація антропогенних факторів за видами діяльності лю­дини:

1. Індивідуальний вплив (браконьєрство, туризм тощо).
2. Колективний вплив у процесі організованої виробничої діяльності:

 

  Діапазон значень будь-якого фактора, в межах якого вид здатний існувати, називають діапазоном толерантності.

Діапазони зон оптимуму і песимуму є критерієм для визначення екологічної валентності – здатності пристосовуватися до змін умов середовища. Кількісно вона виражається діапазоном середовища, в межах якого вид нормально існує.

За екологічною валентністю організми поділяються на:

1.  стенобіонти – з малою пристосованістю до змін середовища (орхідеї, форель, глибоководні риби).

2.  еврибіонти – з великою пристосованістю до довкілля (колорадський жук, миші, пацюки, вовки, таргани, пирій).

В залежності від природи діючого фактору організми за екологічною валентністю поділяються на:

- евритермні та стенотермні (за реакцією на температуру);

- евригалінні та стеногалінні (на солоність води);

- еврифоти та стенофоти (на освітлення).