Краткий курс общей экологии - Учебное пособие (Бродский А.К.)

5.1. пища как экологический фактор

Основным способом питания растения является фотосинтез, в процессе которого под действием солнечной энергии происходит восстановление углекислого газа до углеводов (СН20):

С0з+ 2Н2А ^ (СНгО)+2А+НгО,

где А-донор электронов. У зеленых растений (высшие растения, во­доросли) донором электронов является вода, поэтому в результате фотосинтеза образуется кислород:

С02+НгО -» (СНгО)+02.

У бактерий роль донора электронов могут выполнять, например, се­роводород, органические вещества. Так, у зеленых и пурпурных се­робактерий восстановление диоксида углерода происходит по схе­ме:

C02+2H2S -^ (СН20)+23+Н20. 54

При фотосинтезе световая энергия улавливается хлороплас-тами и преобразуется в конечном итоге в энергию химических свя­зей углеводоров; в расчете на 1 грамм-атом поглощенного углерода фиксируется 114 ккал энергии. В процессе фотосинтеза участвуют как фотохимические реакции, так и чисто ферментативные (так на­зываемые темновые) реакции и процессы диффузии, благодаря ко­торым происходит обмен углекислотой и кислородом между расте­ниями и атмосферным воздухом. Каждый из этих процессов нахо­дится под влиянием внутренних и внешних факторов и может огра­ничивать продуктивность фотосинтеза в целом.

Растительная масса формируется не только за счет продуктов фотосинтеза. Наряду с углеродом, кислородом и водородом она со­держит в среднем 2-4\% азота (в белковых веществах — 15-19\%). Среди биоэлементов азот по количеству в растениях занимает чет­вертое место. Между усвоением азота растением и продуктивнос­тью существует корреляция; это относится как к отдельному расте­нию, так и ко всему растительному покрову Земли. Прирост расти­тельной массы нередко лимитируется количеством азота. При недо­статке азота растения остаются низкорослыми, имеют мелкоклеточ­ные ткани и грубые клеточные стенки.

Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо посту­пают из минералов, либо становятся доступными в результате ми­нерализации органического вещества. Все химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. После сжигания сухого органичес­кого материала минеральные вещества остаются в виде золы. В зо­ле растений могут находиться все химические элементы, встречаю­щиеся в литосфере. Жизненно необходимыми и незаменимыми яв­ляются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах; натрий, фосфор, сера, калий, кальций, маг­ний, а также микроэлементы - железо, марганец, цинк, медь, мо­либден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: натрий - для ма­ревых, кобальт - для бобовых, алюминий - для папоротников и кремний - для диатомовых водорослей.

Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и бес­препятственного развития нужно, чтобы растение получало питательные ве­щества, включая микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих соотношениях- Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются по своим потребностям в питательных ве­ществах. Для культурных растений этот вопрос изучен довольно хорошо. О

55

специфических потребностях дикорастущих видов, напротив, известно немно­го, хотя именно эти сведения помогли бы лучше понять причины, определяю­щие характерный видовой состав сообществ.

Рассмотрим теперь роль питания в жизни животных. От нали­чия достаточного количества пищи зависят все формы их жизнедея­тельности. Особенность действия пищи как экологического фактора для животных состоит в том, что экологический смысл имеет только нижний предел выносливости - в случае недостатка пищи она слу­жит важным лимитирующим фактором, тогда как ее избыток не ли­митирует развития особей (рис. 5-1). Как ограничивающий фактор недостаток пищи влияет на плодовитость и скорость развития жи­вотных.

?i

Количество пиш.и

Рис. 5.1. Особенности действия пищи как экологического фактора в питании животных.

У постельного клопа число отложенных яиц определяется количеством выпитой крови. Плодовитость колорадского жука увеличивается в зависимости от числа съеденных листьев. Точно так же развитие животных идет гораздо быстрее при достаточном количестве пищи. У жука-плавунца продолжитель­ность третьей личиночной стадии равна 14 дням. если личинка получает ежед­невно по 25 головастиков: если же она получает в день всего по одному голо­вастику, эта стадия длится 51 день.

Необходимое количество корма возрастает с увеличением размеров животного. Однако, поскольку у мелких животных отноше­ние площади поверхности тела к объему довольно велико, для них характерна более высокая интенсивность обмена и соответственно большая потребность в энергии на единицу массы тела, чем для крупных животных. Следовательно, мелким видам на единицу массы требуется больше пищи, чем крупным. Подобным же образом го-мойотермные животные, которые должны поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела, потребляют пищи больше, чем пой-килотермные.

56

Устойчивость к голоданию у пойкилотермных и гомойотермных животных также различна. У голодающих пойкилотермных животных с повышением температуры среды жизнь укорачивается (рис. 5.2, 2}. Продолжительность жизни гомойотермных животных, подвергаемых голоду, тем больше, чем ближе температура среды к некоторому значению, которое ниже, но близко к температуре тела (рис, 5.2, /).

Темпера тура,0 с

Рис. 5.2. Зависимость продолжительности жизни животных без пищи от

температуры (из Дажо, 1975), / - домашний воробей, 2 - гусеница Panolis flammea.

Географическое распространение животных зачастую обус­ловлено пищевыми факторами. Например, бабочка грушевая плодо­жорка встречается только там, где произрастает дикая груша. Ареал желудевого долгоносика совпадает с областью распространения его кормового растения - дуба. Пальмовый орлан, Gypohierax ango-lensis, гнездится в Африке только там, где растет пальма Elalis guin-ensis, плодами которой он питается.

Наличие или отсутствие пищи существенно влияет на стаци-альное распределение животных: они предпочитают те биотопы, где есть подходящий для них корм. Нередко эта связь имеет очень жес­ткий характер. Например, многие растительноядные насекомые встречаются только на своих кормовых растениях.

Суточные, сезонные и иные регулярные миграции животных в большинстве случаев связаны с потребностями питания. Например, некоторые виды оленей ночью пасутся на лугах, а днем перемеща­ются для отдыха в лес; летучие мыши, проводящие день в пещерах.

57

ночью могут в поисках насекомых улетать от своих убежищ на де­сятки километров- Примеров сезонных миграций, вызванных изме­нениями количества корма, достаточно много. Усатые киты концент­рируются в районах скопления зоопланктона, служащего им пищей. Ежегодные перелеты птиц с севера на юг также сформировались в эволюции как способ избежать зимней бескормицы.

Недостаточная обеспеченность кормом обычно вызывает у животных склонность к эмиграции из родных мест. Например, клесты-еловики в случае неурожая семян ели совершают далекие перелеты в поисках районов с обиль­ным кормом. Для развития миграционного инстинкта необходимо, чтобы осе­нью в том районе, где обитает вид, пищевые ресурсы иссякли или стали не­доступными, а в районе, куда вид перемещается, их было достаточно. Благо­даря перелетам птицы наводняют биотопы, не полностью используемые осед­лыми видами. Другими словами, перелетные виды используют сезонные кор­мовые излишки.

С пищей животные и растения получают, во-первых, энергию. необходимую для жизнедеятельности, и, во-вторых, питательные вещества, необходимые для построения тканей тела и выполнения всех физиологических функций. Требования к пище могут значи­тельно меняться в зависимости от состояния организма, времени года и т. п. Для животных и растений имеют значение как количество питательных веществ, так и их качественный состав.