Г еометрическая прогрессия размножения.

Живые организмы способны к беспредельному размножению. Однако

численность видов в природе достигает лишь определенных пределов, потому что ограниченность ресурсов, воздействие неблагоприятных факторов и взаимодействия между организмами ставят непреодолимые преграды возможностям безграничного размножения.

■ Примеры и дополнительная информация

1. Культурные растения, сельскохозяйственные животные, промысловые виды составляют пищевые ресурсы человека, которые постоянно

возобновляются именно благодаря размножению организмов.

Продукты жизнедеятельности различных видов, от бактерий до животных, используются во многих отраслях промышленности (текстильная, кожевенная, фармацевтическая и др.). Таким образом, размножение организмов, т. е. воспроизведение ресурсов, создает основу

жизнеобеспечения человека.

Освоение новых, быстро размножающихся видов может дать богатые дополнительные источники сырья и продуктов питания. Например, в

жарких районах в прудах и озерах разводят синезеленые водоросли из рода спирулина, которые дают урожай в 10 раз выше, чем пшеница. Сухая мука из спирулины богата белком и жирами и используется для корма рыб,

домашней птицы, крупного рогатого скота и производства некоторых диетических продуктов для человека.

2. Годовое количество семян на одно растение мать-и-мачехи составляет 60 тыс. Мать-и-мачеха может произрастать только на обнаженных участках почвы, где нет еще других растений. Плоды- парашютики разносятся ветром, и лишь некоторые случайно попадают в

подходящие условия.

Возможности семенного размножения растений огромны. Например, ромашка непахучая производит за год 210 тыс. семян, полынь — до 700

тыс., а дерево черного тополя — до 28 млн. Но, кроме того, у растений еще существует способность к вегетативному размножению. В подходящих условиях растительность быстро занимает освободившееся пространство. Теоретически, по подсчетам известного ученого В. И. Вернадского, чтобы создать общую массу, равную массе земной коры, бактериям при беспрепятственном размножении нужно 1,6 суток, зеленым водорослям — около 24,5 суток, а слонам — 1300 лет. Несмотря на различия, все эти сроки очень малы по сравнению с историей нашей планеты — более 4,5 млрд лет.

3. Среди рыб наибольшей плодовитостью отличаются те, икра которых

плавает в толще воды и служит пищей многим водным обитателям. Самое большое число икринок мечет в воду крупная тропическая луна-

рыба — до 300 млн ежегодно. Мелкая каспийская килька производит до 60 тыс. икринок, осетр — до 800 тыс., белуга — до 7,7 млн.

Средиземноморская акула-пилохвост откладывает всего два крупных яйца в твердых роговых капсулах и охраняет их.

4. Плодовитость дальневосточной горбуши — 1,5 тыс. икринок. Самка горбуши перед нерестом вырывает в галечном дне реки продолговатую яму, откладывает туда икру, которую самец поливает молоками, и

засыпает сверху слоем песка и гальки. Образуется гнездо-бугор. По

подсчетам, в одной из дальневосточных рек в гнезда горбуши попадает всего 58% икры, содержавшейся в самках, остальная сносится

течением. До весны сохраняется всего 4% икринок, остальные гибнут из-за недостаточной аэрации, промерзания, инфекций и других причин. Мальки выносятся течением в море, но по пути служат пищей многим хищным рыбам. Через несколько лет взрослая горбуша

возвращается из моря в реку, где она родилась, и приступает к размножению, после которого погибает. В среднем до половозрелого состояния доживает примерно одна особь из возможных 750.

□ Вопросы. 1. От растений, возделываемых на полях, человек стремится получить

максимально возможную продукцию. Каждое сортовое растение пшеницы может дать до 300 семян, что означало бы урожай в 600 ц на 1 га. Однако на практике высоким считается

урожай в 40—50 ц на 1 га. Каковы возможные причины того, что урожайность пшеницы не достигает максимума? 2. В зрелых буковых лесах взрослые деревья смыкаются кронами. В таких лесах почти нет молодых буков, хотя на старых ежегодно вызревают многие тысячи орешков. Объясните, какие причины могут тормозить появление следующих поколений.

□ Задания. 1. Два вида полевок (мелкие мышевидные грызуны) несколько различаются по

плодовитости. Самки стадной, или узкочерепной, полевки приносят в среднем за 1 помет по 8 детенышей. У каждой самки за жизнь бывает 4 помета. У пашенной полевки число пометов достигает 7, в среднем по 6 детенышей. Какое число потомков от одной самки каждого вида может быть получено в третьем поколении? Каким будет соотношение видов по численности и по массе, если вес стадной полевки составляет для самцов 50 г, для самок — около 34 г. а

пашенной полевки — 44 и 32 г соответственно? 2. По принципу построения графика на

рисунке 3 начертите кривые для видов с разной скоростью размножения: каждое следующее поколение больше материнского в 2, 3, 5 раз. Сравните конфигурацию и наклон кривых. 3.

Одно растение василька голубого производит в среднем 1500 семян. Семена сохраняют

всхожесть до 10 лет. Определите запасы семян этого сорняка в почве после 3 лет засорения им посевов на одном поле со средней численностью 3 растения на 1 м².

□ Темы ДЛЯ ДИСКУССИЙ.1. Почему у растений число зачатков никогда не бывает таким

низким, как у некоторых животных, производящих за один раз всего по одному детенышу или яйцу? 2. Если каждый вид обладает способностью к безграничному размножению, как

обьяснить наличие в природе большого числа редких видов? 3. Плодовитость сизого голубя и черного грифа одинакова: 2 яйца в кладке. Однако голубей в природе много, а гриф находится под угрозой исчезновения. Как это обьяснить? 4. Сельскохозяйственная наука

обладает большой суммой знаний о том, как управлять размножаемостью культурных рас- тений и сельскохозяйственных животных. Почему в таком случае во многих странах мира существует продовольственная проблема? 5. Почему в природе взрывы численности отдельных видов, демонстрирующие их способность к размножению, называют

экологическими катастрофами? 6.Многие быстро размножающиеся насекомые: тараканы,

комнатные мухи, комары и другие — вредят человеку. Каково ваше мнение, можно ли использовать потенциал их размножения в хозяйственных целях? Если нет, то почему, а если да, то для каких нужд? 7. На полях, занятых сельскохозяйственными культурами, часто происходят взрывы численности тех видов насекомых, которые никогда не размножались в

таком количестве в природе. Каково ваше мнение, почему это происходит?

ВСПОМНИТЕ

Экологические факторы

§ 2. Общие законы зависимости организмов от факторов среды

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней — все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические, относящиеся к неживой природе, и биотические, связанные с влиянием организмов друг на друга.

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции ор- ганизмов на любой фактор среды.

Главный из них — закон оптимума. Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на проти- воположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует

о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется

жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фак- тора (рис. 5).

Схема действия факторов среды на живые организмы. 1.2 — критические точки

2 Сила воздействия ►ч фактора

,Г ибель

Пределы выносливости вида

Рис. 5.

В центре под кривой — зона оптимума. При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем

0° 50° t°

Специализирован- Виды, выносливые Специализированные холодолюби- к широкому колеба- ные теплолюбивые виды нию температуры вые виды

Рис. 6.

Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов

Рис. 7.

Сайка — холодолюбивая рыба Северного Ледовитого океана

больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спус- кается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны

пессимума. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно

тяжелы для выживания. Такие условия называют экс тремальными.

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например

температуры, для разных видов, то они не совпадут (рис. 6). Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и

тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги — в жарких южных пустынях.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении кри-

тических точек: у одних они сближены, у других — широко расставлены. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных

условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение

недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление

воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограни чивающего фактора.

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс фак- торов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль

каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело по-

ложительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание осо- бей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности (рис. 8).

Рис. 8.

Глубина снежного покрова — ограничивающий фактор в распространении оленей

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно стал- кивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пше- ницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то

критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы

поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

Q Экологические О факторы.

Абиотические факторы.

Биотические факторы.