Поэтому ни один биогеоценоз не существует вечно, рано или поздно он сменяется другим. Способность к сменам – одно из важнейших свойств биогеоценозов. Длительное существование популяций на одном месте изменяет биотоп так, что он становится малопригодным для одних видов, но подходящим для жизни других видов. В результате на этом месте развивается другой, более приспособленный к новым условиям биоценоз. Такая последовательная, необратимая, направленная смена одного биогеоценозадругим называется сукцессией. В зависимости от состояния и свойств среды различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии начинаются на лишенных жизни местах – на скалах, песчаных дюнах, наносах рек. Вторичные сукцессии развиваются на месте сформировавшихся экосистем после их нарушения в результате эрозии почв, вулканических извержений, пожаров, засухи. В таких местах обычно сохраняются богатые жизненные ресурсы, что влечет за собой довольно быструю сукцессию восстановительного типа.
Любой биогеоценоз развивается и эволюционирует. Ведущее значение в процессе смены наземных биогеоценозов принадлежит растениям, но их деятельность неотделима от деятельности остальных компонентов системы, и биогеоценоз всегда живет и изменяется как единое целое. Велика также роль деятельности человека.
Смена идет в определенных направлениях, а длительность существования различных биогеоценозов очень различна. Примером изменения недостаточно сбалансированной системы может служить зарастание водоема. Вследствие недостатка кислорода в придонных слоях воды часть органического вещества остается неокисленной и не используется в дальнейшем круговороте. В глубоких местах остатки планктона откладываются на дне, образуя мелкозернистый ил. В прибрежной зоне накапливаются остатки водной растительности, образующие торфянистые отложения. Водоем мелеет, чему способствуют также отложения глины и песка, поступающие с водосборной площади. Прибрежная водная растительность распространяется к центру водоема, образуются торфяные отложения. Озеро постепенно превращается в болото. Исчезают рыбы и планктон открытых участков. Многие растения и животные замещаются другими видами, более приспособленными к условиям болот. Окружающая наземная растительность постепенно надвигается на место бывшего водоема. В зависимости от местных условий здесь может возникнуть осоковый луг, лес или иной тип биогеоценоза.
Некоторые устойчивые биогеоценозы после нарушения способны к самовосстановлению, которое осуществляется через ряд этапов. Примером может служить закономерная смена биогеоценозов при восстановлении елового леса. На открытых местах всходы ели повреждаются весенними заморозками, страдают от солнечного нагрева и не могут конкурировать со светолюбивыми растениями. В первые два года на вырубках и гарях буйно развиваются травянистые растения. Вскоре появляются многочисленные всходы березы, осины, сосны, которые вытесняют травянистую растительность и постепенно образуют мелколиственный или сосновый лес. Только теперь возникают условия, благоприятные для возобновления ели. Теневыносливые всходы ели успешно конкурируют с подростом светолюбивых лиственных пород. Когда ель достигает верхнего яруса, она полностью вытесняет лиственные деревья. Так, через ряд временных биогеоценозов восстанавливается исходный биогеоценоз елового леса.
Вопрос 3. Рассмотреть на влажном препарате клубеньки на корнях бобовых. Описать характер взаимоотношений клубеньковых бактерий и бобовых растений. Сравнить цепь питания с включением в нее данных организмов.
Бактериальные клубеньки на корнях бобовых растений представляют собой видоизмененные боковые корни, приспособленные к симбиозу с бактериями из рода «Ризобиум». Эти бактерии проникают через корневые волоски внутрь молодых корней и вызывают образование на них клубеньков.
Бактерии находятся в цитоплазме клеток в бактероидной ткани. Снаружи клубенек покрыт покровной тканью, между ней и бактероидной тканью находятся проводящие ручки, связанные с проводящей системой материнского корня. На кончике клубенька сохраняется образовательная ткань, благодаря которой он способен нарастать в длину. Между клетками корня и бактериями существует тесное биохимическое взаимодействие. Благодаря этому происходит синтез органических веществ с использованием молекулярного азота, недоступного в такой форме для высших зеленых растений. Часть веществ, синтезированных в клубеньках, усваивают бобовые растения, бактерии же используют различные вещества, находящиеся в корнях. Таким образом, бобовые растения и клубеньковые бактерии находятся в состоянии симбиоза.
Пример пищевой цепи:
Вопрос 1. Разнообразие сортов растений и пород животных – результат селекционной работы ученых. Закон Н. И. Вавилова о гомологических радах в наследственной изменчивости
Одна из главных проблем человечества – обеспечение пищей и сельскохозяйственным сырьем жителей Земли. Успехи современной генетики позволяют увеличивать урожайность сельскохозяйственных растений и повышать продуктивность животноводства. Соединив воедино генетику и селекцию, использовав удобрения, защитив растения от болезней и вредителей, можно обеспечить нужный для человечества рост пищевых и технических ресурсов.
Одним из первых ученых, отчетливо осознавших необходимость сбора и хранения генетического капитала, накопленного природой и тысячелетней практикой земледельцев и скотоводов, был Н. И. Вавилов. Одна из его главных заслуг – создание теоретической базы генетики и селекции – закона гомологических рядов.
Н. И. Вавилову удалось установить, что систематически близкие виды растений имеют сходные и параллельные ряды наследственных форм, и чем ближе друг к другу стоят виды по происхождению, тем резче проявляется сходство между рядами морфологических и физиологических признаков. Например у различных родов злаков (риса, пшеницы, ячменя и др.) были обнаружены сходные ряды наследственных изменений по остистости колоса, окраске, форме и консистенции зерна, скороспелости, холодостойкости, отзывчивости на удобрение и т. д.
На основе обобщения огромного количества наблюдений Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.
В основе гомологической изменчивости лежат две причины:
1) единство генетической структуры ближайших видов и родов, общность их происхождения;
2) определенное действие отбора в относительно сходных условиях внешней среды.
Использование закона гомологических рядов в селекции позволяет находить нужные, но отсутствующие в данное время у того или иного вида формы, если они имеются у родственного вида, или создавать их искусственно. У твердой пшеницы до 20-х гг. прошлого столетия были известны только остистые разновидности. Но наличие безостых разновидностей у мягкой пшеницы указывало на возможность нахождения или создания путем гибридизации безостых форм твердой пшеницы. Такие формы действительно были обнаружены Н. И. Вавиловым в Эфиопии, а А. П. Шехурдин вывел безостые сорта твердой яровой пшеницы.
На основании закона гомологических рядов были созданы безъязычковые формы ячменя, обнаружены и выведены формы и сорта чечевицы с зелеными семядолями, найдены формы сои с неопушенными бобами и т. д.
Гомологические ряды изменчивости имеются и у животных. Например, цветные расы (альбиносы, черные, голубые, горностаевые) известны у морских свинок, кроликов и некоторых других грызунов. У различных видов микроорганизмов обнаружены сходные биохимические наследственные изменения.
В настоящее время выращивается около 3000 полевых культур хорошо приспособленных к местным почвенно-климатическим условиям различных зон, высокоурожайных и ценных по качеству продукции. Большинство из них – результат работы генетиков. Причем можно смело сказать, что в будущем ожидаются еще большие достижения.
Вопрос 2. Агроценоз (агроэкосистема), его отличие от биогеоценоза. Пути повышения продуктивности агроценоза
Под влиянием сельскохозяйственного производства возникают искусственные экологические системы – агроценозы (поля, сенокосы, пастбища, сады, парки, лесные посадки). В промышленности также создаются искусственные экосистемы, например, для биологической очистки сточных вод, биотехнологического получения некоторых веществ, поддержания жизнедеятельности человека в космосе и др. В отличие от природных биогеоценозов, характеризующихся саморегуляцией, искусственные экологические системы для нормального функционирования нуждаются в том, чтобы человек сам поддерживал их гомеостаз, т. е. управлял ими.
