Реферат: Живые организмы и окружающая среда

Все мы знаем, почему деятельность современного человека приводит к разрушению природных местообитаний: он истребляетрастительность, с тем чтобы расчистить место для своих нужд сопутствующих всем его начинаниям автостоянок. Поэтому когда мы говорим что тип сообщества в данной местности определяется климатом, мы имеем ввиду то сообщество, которое существовало бы в этой местности, если бы ее не тревожили в течение достаточно длительного времени, а не то, которое существует там на самом деле. Сообщество, складывающееся в данной местности при отсутствии вмешательства извне и остающееся неизменным до тех пор, по­ка не возникает никаких нарушений, называют климаксным сообществом.

В случае разрушения сообщества в результате деятельности человека или стихийных бедствий, таких, как наводнение или пожар, в нем начинается мед­ленный процесс восстановления исходного состояния, известный под названием сукцессии. Сукцессия представляет собой последовательный ряд изменений, ко­торые в конечном счете приводят к образованию климаксного сообщества (при условии, что дальнейших нарушений не возникает).

Примером сукцессии может служить восстановление климаксного листопад­ного леса на заброшенном поле в Новой Англии. Когда поле перестают воз­делывать, оно вскоре зарастает однолетними травянистыми растениями, обра­зующими пестрый ковер: черная горчица, амброзия, одуванчики. Эти «первопроходцы», пришедшие на новое, место обитание, быстро разрастаются и производят семена, приспособленные к распространению по относительно об­ширной территории с помощью ветра или животных. Вскоре здесь появляются более высокорослые растения, такие, как золотая розга и многолетние травы. Поскольку эти пришельцы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, проросткам видов, попавшим на поле первыми, становится трудно расти. Но точно так же, как эти высокие сорняки заглушают солнцелюбивые первые виды, их в свою очередь затеняют и лишают воды про­ростки деревьев-пионеров, таких, как пенсильванская черемуха и осина, которые обосновываются медленнее, но, достигнув достаточных размеров, забирают се­бе львиную долю всех ресурсов . Сукцессия на этом не завершается, так как деревья-пионеры не относятся к видам, образующим зрелый климаксный лес; медленно растущие дуб и гикори или бук и клен виды, которые появляют­ся последними и вытесняют пионеров, затеняя их молодые деревца.

Сукцессия на заброшенном поле-пример вторичной сукцессии, протекаю­щей относительно быстро, потому что она происходит на почве, оставшейся по­сле первоначального климаксного леса. Если почва сильно истощена в результа­те бесхозяйственного ее использования или же вовсе отсутствует (как на голых скалах, обнажившихся после отступления льдов, или на застывших потоках лавы), то сукцессия протекает гораздо медленнее, поскольку рост большинства растений становится возможным лишь после образования почвы.

Сукцессию, начинающуюся на голых скалах, называют первичной сукцессией. Образование почвы может происходить в результате эрозии поверхности мате­ринской породы под действием кислоты, выделяемой лишайниками, или же замерзания и оттаивания воды, скапливающейся в расщелинах, что вызывает разрушение породы. Отмирающие лишайники вносят, кроме того, во вновь образующуюся почву органическое вещество, а мхи могут закрепиться даже на очень тонком слое остатков лишайников и минеральной пыли. По мере того как мхи все сильнее разрушают породу и добавляют к накапливающейся почве со­бственный мертвый материал, становится возможным прорастание и рост мел­ких укореняющихся растений, начинающих процесс, в основном сходный с сук­цессией «заброшенного поля».

Сукцессию можно наблюдать даже на городской улице. Мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах; в каком-нибудь углу, где скапли­ваются опавшие листья и грязь, могут вырастать довольно крупные растения, а на требующих ремонта крышах - мхи. Если прекратить уборку и ремонт улиц, то даже центр большого города на протяжении жизни одного поколения может пре­вратиться в лесистую местность, усеянную камнями.

Существование разнообразных участков, претерпевающих сукцессию, обеспечивает постоянный источник «странствую­ щих» растений - быстро растущих сорняков, внезапно появляющихся и так же внезапно исчезающих . Семена этих видов могут распространяться на довольно значительные расстояния при помощи ветра или животных. Кроме то­го, семена многих «странствующих» растений способны в течение длительных периодов находиться в состоянии покоя, прорастая после того, как какое-либо нарушение среды создаст соответствующие условия, например усилит освещен­ность.

Странствующие виды существуют не только среди растений, но и среди жи­вотных. Насекомые, специализированные к питанию одним определенным ви­дом растений, могут путешествовать на большие расстояния, используя хорошо развитые органы чувств в поисках новых мест, где имеется их кормовое расте­ние. Многие проблемы, возникающие в связи с вредителями сельскохозяй­ственных культур, проистекают из того, что большинство культурных растений происходит от странствующих видов, главная защита которых от насекомых со­стояла в рассеянном распределении и мигрирующем образе жизни (эти растения никогда не занимали одни и те же участки несколько лет подряд). Засевая из года, в год земельные угодья лишь одной культурой, фермеры создают идеальные условия для таких странствующих насекомых, как совка капустная и листоеды, которым не приходится затрачивать энергию на поиски пищи, а остается только кормиться и размножаться.

При многократных нарушениях среды в данной области она уже не может вернуться к климаксному состоянию. Владельцы дач и жители пригородов затрачивают массу времени, и энергии и сил, непрерывно нарушая сообщество, с тем чтобы на их лужайках оставалось лишь несколько видов низкорослых трав; при этом они постоянно прерывают сукцессию "заброшенного поля" - высокие сорняки, кустарники и светолюбивые проростки деревьев, которые несомненно возьмут верх, если ослабить бдительность. Во многих районах Среднего запада возвращению к климаксному лесу препятствовало коренное население Америки: обнаружив, что охота на бизонов, многочисленные стада которых обитали в прериях, гораздо более эффективна, чем охота на одиночных белохвостых оленей в молодых лесах, они специально выжигали леса.

Экспедиция, побывавшая на этом острове в 1962 г., сообщила, что этот вид вымер, хотя и были найдены остатки особей, погибших всего лишь около двух лет назад. Причина вымира­ния была ясна: растения, составлявшие пищу этих черепах, были полностью уничтожены козами, ввезенными на остров в 1957 г. группой рыбаков, ко­торым хотелось получать свежее молоко и мясо, пока они находились вдали от материка.

2. Тайга и тундра

Тайга, или северный лес, как ее иногда называют, тянется почти нескон­чаемым однообразным поясом через всю Канаду и Сибирь. Однообразие ее обусловлено небольшим числом видов деревьев (елей, сосен и пихт), адаптировавшихся к крайне холодному климату этих областей (рис. 2.1). Здесь резко выражена смена сезонов. Ввиду очень длительной зимы большая часть осадков выпадает в виде снега. Зимой, когда почва промерзает, деревья не могут восполнять запасы воды, теряемой путем испарения, хотя игловидные листья и их толстая восковидная кутикула замедляют испарение.

К северу от тайги находится безлесная тундра, в которой доминируют низкие травянистые растения, карликовые деревянистые кустарники и лишайники. Климат здесь слишком холодный, чтобы обеспечить рост деревьев, а слой почвы неглубокий, часто с прослойкой вечной мерзлоты (т. е. никогда не оттаивающий); летом, когда бывает достаточно тепло, почва оттаивает на глубину до нескольких десятков сантиметров. Вегетационный сезон в тундре очень короткий, и поэтому в случае нарушения растительного покрова он восстанавливается медленно. Это было одной из причин, почему экологи возражали против сооружения нефтепровода через Аляску.

Тундра существуют не только на крайнем севере (в Южном полушарии их нет, поскольку материки не доходят до таких высоких широт), но и на больших высотах в горах.

3. Изменение окружающей среды в результате деятельности человека

Деятельность человека может неблагоприятно влиять на живые организмы, и вызывать исчезновение определенных видов (пример с черепахой). В этом разделе мы рассмотрим, каким образом некоторые виды деятельности человека, например постройка элек­тростанций и сбрасывание отходов, приводят к загрязнению озера и как мож­но свести подобное загрязнение к минимуму.

Вред, наносимый некоторыми видами загрязнений, очевиден. Хлориро­ванные углеводороды, такие, как ДДТ и полихлорбифенилы (ПХБФ), и такие токсичные металлы, как ртуть, просто ядовиты для большинства организмов, в том числе для человека. Многие из этих веществ не выделяются из организ­ма, а накапливаются в живых тканях и затем передаются во все возрастаю­щих концентрациях хищникам, относящимся к более высоким трофическим уровням. Особенно большую опасность они представляют для плотоядных высших уровней, например для соколов, человека и морских птиц, питающих­ся рыбой. Популяции сапсанов в восточных районах США и пеликанов в Ка­лифорнии почти погибли из-за того, что под действием ДДТ самки стали от­кладывать яйца с очень тонкой скорлупой, которая раздавливалась, когда птицы садились на них. Накопление ртути в морской меч-рыбе и всей рыбе, обитающей в озере Онтарио, достигло такого высокого уровня, что их потре­бление человеком было временно запрещено.

Добавление в озеро элементов питания также может принести большой вред; поучительным примером служит история с фосфатным детергентом. В природные экосистемы весь фосфор изначально поступает из горных пород, а поскольку многие экосистемы расположены на породах, содержащих мало фосфора, их продуктивность ограничивается недостатком этого элемента. Самым убедительным образом это было продемонстрировано в озерах (рис. 5.19). Люди непрерывно вносят в озера фосфор вместе со сточными во­дами, детергентами или удобрениями, стекающими с обрабатываемых земель. Это повышает продуктивность озера и ускоряет его эвтрофикацию, изменяя характер озера.

Многие глубокие олиготрофные озера, подобно озеру Тахо на границе ме­жду Невадой и Калифорнией, с начала пятидесятых годов стали заметно эв-трофицироваться вследствие загрязнения элементами питания. Самый явный симптом эвтрофикации-помутнение воды, создаваемое усиленным размноже­нием планктона. Другой признак - уменьшение численности таких рыб, как форель, любящих чистую воду, богатую кислородом. Загрязняемое элемента­ми питания озеро проходит через несколько стадий, прежде чем достигнет хо­рошо знакомого всем состояния с вонючей тиной на дне и берегами, усеянны­ми погибшей рыбой. Вначале загрязнение элементами питания способствует «цветению», или необычайно сильным взрывам численности популяции, водо­рослей. Некоторые водоросли выделяют токсины, отравляющие рыбу и де­лающие воду непригодной для питья. При отмирании водорослей бактерии разлагают их ткани и используют большую часть кислорода. В иле, лишен­ном кислорода, разложение мертвых растений некоторыми бактериями сопро­вождается выделением сероводорода (газа с запахом тухлых яиц). В «здоро­вом» озере обитающие на дне фотосинтезирующие бактерии используют этот сероводород по мере его образования. Однако при большом содержании в озере удобрений или сточных вод у его поверхности появляется так много водорослей и бактерий, что до дна доходит очень мало света и фотосинтези­рующие серные бактерии растут плохо. Они не могут использовать весь обра­зующийся сероводород, придающий загрязненному озеру его специфический запах.

Еще один вид загрязнения озер, достигший за последнее время масштабов, вызывающих тревогу, связан с кислыми дождями. Дождевая вода в восточных районах США приобретает все более кислую реакцию, делаясь иногда такой же кислой, как уксус. Проблема кислых дождей в восточных штатах связана с тем, что ветры, дующие с запада на восток, несут с собой серу содержащие промышленные загрязнения, которые, соединяясь с содержащимися в воздухе водяными парами, образуют кислоты. Затем эти кислоты выпадают на землю в виде дождя или снега. Кислый дождь разъедает краску и камень, повреждая здания и нанося экономические убытки, но, кроме того, он причиняет вред и природным экосистемам. Обследование, проведенное в 1979 г. в горах Ади­рондак (шт. Нью-Йорк), показало, что в 264 озерах и прудах вода стала на­столько кислой, что вся рыба в них погибла. Икра рыб и мальки особенно чувствительны к кислоте. Специалисты по охране окружающей среды пони­мают, что с кислыми дождями можно бороться, если потребовать, чтобы на электростанциях и промышленных предприятиях были установлены газоочи­стители для удаления серу содержащих веществ из дыма, выбрасываемого тру­бами. Однако, поскольку предприятия, считающиеся источниками кислых до­ждей, находятся слишком далеко от тех мест, где они причиняют реальный вред, доказать их виновность бывает очень трудно.

Газоочистители, башенные охладители и очистные сооружения для сточных вод стоят денег, и их установка повышает цену воды, электроэнергии и потребительских товаров. Поначалу кажется, что если надо сделать выбор между чистыми озерами и дешевой электроэнергией, то по здравому смыслу следует выбрать второе. Однако за последние годы люди стали более дальновидными и поняли, что сделать правильный выбор не так-то просто. Например, дешевле никогда не загрязнять озеро, чем очистить его, после того как его состояние станет угрожать здоровью людей. Дешевле построить современную систему канализации, чтобы предотвратить загрязнение находящегося поблизости озера или реки, чем тянуть водопроводные трубы на сотни килоI доставки питьевой воды из дальнего чистого озера. В общем и целом предупреждение часто обходится дешевле, чем лечение, и вдобавок ко всему мы можем ощущать при этом законную гордость от того, что сберегаем экосистему для своих внуков.

Список литературы:

1. П.Кемп, К.Армс "Введение в биологию"

2. Н.Н. Мусиенко, Ю.Г. Вервес, П.С. Славный, П.Г. Балан "Биология". Учебник для общеобразовательных учебных заведений.