Все растения и большая часть животных относятся к эктотермным организмам. Настоящие эндотермные организмы — только птицы и млекопитающие, но даже среди них есть некоторые исключения.
Эндотермные животные могут активно регулировать температуру тела, однако для поддержания постоянной температуры тела такому животному требуется гораздо больше энергии.
Регулировать температуру могут не только эндотермные, но и эктотермные организмы, перемещаясь в зоны с подходящим температурным режимом. В определенных условиях подобный тип регулирования дает организмам даже некоторые преимущества.
Конечно, эктотермные животные более чувствительны к случайным изменениям внешней температуры. Даже при относительно небольших колебаниях температуры (при ее отклонении от зоны оптимума) активность таких животных падает. С другой стороны, их потребности в энергии минимальны, что дает в ряде случаев немалые преимущества. Эндотермы более устойчивы к температурным колебаниям, но расплачиваются за это большим расходом энергии и соответственно повышенной потребностью в источнике энергии — пище.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Одно из центральных понятий экологии — «экологическая ниша». Это понятие сводит к общему показателю все, в чем нуждаются организмы, то есть все необходимые условия и потребные ресурсы, а также то, какую роль выполняет данный вид в биотическом сообществе. Экологическая ниша показывает, как организмы приспособлены к условиям среды, как реагируют на них.
Даже если условия и ресурсы данного участка среды вполне благоприятны для организмов данного вида, его длительному существованию могут препятствовать особи других видов, например хищники, паразиты или конкуренты. Поэтому биотические взаимодействия также входят в понятие ниши.
Важно сознавать, что экологическая ниша не есть нечто такое, что можно увидеть. Экологическая ниша — отвлеченное понятие, сводящее к общему показателю все, в чем нуждаются организмы, то есть все необходимые условия и потребные ресурсы в необходимых количествах.
Одно и то же местообитание может порождать множество ниш. Лесной массив, например, может предоставить экологические ниши мелким птицам, дубам, паукам, огромному множеству других растений и животных. Ниши видов, представленных в одном и том же местообитании, чаще всего различаются, причем иногда весьма заметно.
ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ
Знания строения и свойств организмов весьма полезны для понимания процессов, происходящих в окружающей нас природе. Однако этих знаний недостаточно для ответов на вопросы о том, с какой скоростью и как происходят изменения биологических видов, отчего численность некоторых животных или растений снижается, а других — возрастает, как влияет хозяйственная деятельность человека на окружающую его природу и т. п.
Ответы на эти и другие вопросы нуждаются в более широких знаниях о свойствах не только отдельных организмов, но и их групп.
ПОПУЛЯЦИЯ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Популяцией называют группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование в данном местообитании.
Устойчивое существование различных видов животных и растений требует наличия определенных экологических условий и подходящих ресурсов. При перемещении организма из одной местности в другую условия и ресурсы могут меняться, причем несогласованно. Некоторые факторы могут меняться плавно (например, температура при продвижении с юга на север), вовсе не меняться (например, содержание диоксида углерода в воздухе) или меняться вдруг, скачкообразно (как это, например, происходит с изменениями состава и структуры почв).
Все это приводит к тому, что подходящие для видов местообитания формируются в пространстве как бы в виде отдельных островков. Виды «заселяют» эти островки своими популяциями. Следовательно, биологические виды существуют в форме популяций.
Границы между популяциями могут быть четкими у видов, заселяющих острова или водоемы, либо размытыми у видов, имеющих широкое географическое распространение и обитающих в наземно-воздушной среде.
Важнейшее свойство популяций — самовоспроизводство. Даже несмотря на пространственную разобщенность, популяции способны неограниченно долго поддерживать свое существование в данном местообитании. Они являются устойчивыми во времени и пространстве группировками особей одного вида.
Популяции, обитающие на различных участках видового ареала (общей области распространения вида), не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними биотические сообщества — целостные системы еще более высокого уровня организации. В каждом сообществе какая-либо популяция играет отведенную ей роль, занимая определенную экологическую нишу и совместно с популяциями других видов обеспечивая его устойчивое функционирование.
Популяции обладают не только биологическими свойствами составляющих их организмов, но и собственными, которые присущи только группе особей в целом.
Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями: они совместно участвуют в размножении, могут конкурировать друг с другом за те или иные виды ресурсов, поедать друг друга или вместе обороняться от хищников. Внутренние взаимоотношения в популяциях очень сложны. Поэтому реакции отдельных особей на изменения тех или иных экологических факторов и по-пуляционные реакции часто не совпадают. Гибель отдельных организмов (например, от хищников) может улучшить качественный состав популяции, повысить ее способность к самоподдержанию численности (подробнее — в главе 3).
Такие популяционные характеристики, как обилие, рождаемость, смертность, возрастной состав, называются демографическими показателями. Их знание очень важно для понимания законов, управляющих жизнью популяций, и предугадывания происходящих в них постоянных изменений. Изучение демографических показателей имеет большое практическое значение.
ПОПУЛЯЦИОННОЕ ОБИЛИЕ И ЕГО ПОКАЗАТЕЛИ
Наилучшим образом популяцию как группу организмов характеризует обилие. Мерой обилия может быть общая численность организмов в популяции или их общая биомасса. Однако измерение этих показателей применительно ко многим животным связано с большими трудностями.
При оценке популяционного обилия наиболее часто используется такой показатель, как плотность, — это численность, или биомасса, особей, приходящаяся на единицу площади или объема жизненного пространства. Примерами плотности популяции могут быть: 500 деревьев на 1 га леса; 5 млн экз. хлореллы на 1 м воды; 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоема.
Мерой обилия могут также являться и показатели, отнесенные не к единице пространства, а к единице времени, например, число птиц, отмеченных в течение часа, или число рыб, выловленных за сутки. По сути, эти показатели отличаются от плотности лишь размерностью. И те и другие являются относительными показателями и называются индексами численности.
Плотности популяций, например, разных представителей млекопитающих, могут различаться в десятки тысяч раз. В целом, чем более удалена популяция от первичного источника органической пищи, тем ниже ее плотность.
Рождаемость и смертность
Рождаемость — это показатель, характеризующий скорость увеличения численности популяции в результате размножения, или просто скорость размножения. Как и любой показатель скорости, он имеет временную размерность. Так, если среднемесячный приплод популяции полевки составляет 100 особей, то месячная рождаемость также составит 100 особей в месяц, а летняя (за 3 летних месяца) — 300 особей.
Таким образом, рождаемость — число новых особей (также яиц, семян), родившихся (вылупившихся, отложенных) популяцией за определенный промежуток времени.
Рождаемость можно выразить в относительных показателях, например, измерять ее числом народившихся за единицу времени особей, отнесенных к общей численности популяции в начале сезона размножения. Если общая численность популяции полевок к началу лета составляла 1000 особей, то относительная, или удельная, рождаемость за 1 месяц составит 100/1000 = 0,1, или 10%, а за сезон — 300/1000 = 0,3, или 30%.
Удельные показатели полезны для сравнения между собой рождаемости в популяциях разной численности. Они более точно характеризуют интенсивность процессов размножения организмов.
Когда жизнь популяции протекает в благоприятных условиях, рождаемость повышается, достигая максимума. Величина максимальной рождаемости определяется лишь числом самок в популяции и их способностью производить определенное число детенышей в единицу времени (то есть физиологической плодовитостью).
Обычно рождаемость ниже максимальной и соответствует сложившимся экологическим условиям и называется экологической.
Экологическая рождаемость дает представление о скорости размножения популяции при фактически сложившихся условиях жизни. В общем, для видов, которые не заботятся о потомстве, характерна высокая потенциальная и низкая экологическая рождаемость. Например, взрослая самка трески выметывает миллионы икринок, из которых в среднем доживают до взрослого состояния лишь 2 особи.
Смертность — это показатель, характеризующий скорость процесса снижения численности популяции. Так, если прослеживать судьбу некоторой группы особей, родившихся в одно и то же время, легко обнаружить, что их численность в течение жизни непрерывно снижается в результате отмирания части особей.
Смертность организмов проявляется даже тогда, когда условия жизни вполне благоприятны. В этих случаях говорят о минимальной смертности, природа которой связана с дефектами физиологического развития, приводящими к гибели отдельных организмов. В конкретных экологических условиях смертность, как правило, выше минимального уровня, так как под влиянием внешних факторов (хищничества, отсутствия достаточного количества пищи, загрязненности среды и других) создаются дополнительные причины гибели организмов.