Теоретическое обоснование. 1. Почему порода животных, сорт растений или штамм микроорганизмов не могут длительное время существовать без постоянного внимания к ним человек

1. Почему порода животных, сорт растений или штамм микроорганизмов не могут длительное время существовать без постоянного внимания к ним человек.

2. Как изменяются ступени интеграции и эффективность поддержания гомеостаза от молекулярного до биогеоценотического уровней организации живой материи?

3. Что такое ценофобы и ценофилы, сопряженная и несопряженная эволюция?

4. Какова роль видов в обеспечении целостности биосферы?

5. Откуда в сукцессии попадают ценофобные и ценофильные виды?

Что такое интеграция в биологических системах? Интеграция (от лат. интегратио — пополнение) - структурное объединение отдельных частей, входящих в состав целостной системы, и согласованность их действий (например, клетки в многоклеточном организме).

Наивысшая ступень интеграции осуществляется на молекулярном уровне, где огромное разнообразие молекул составляет несколько стабильных типов веществ: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Даже самые незначительные изменения структуры, особенно белков и нуклеиновых кислот, могут коренным образом изменить свойства этих соединений. Такая интеграция — необходимое условие для нормального функционирования чрезвычайно сложных молекулярных систем живых существ.

На клеточном уровне степень интеграции уменьшается: число, и форма определенных органелл могут значительно варьировать, не нарушая жизнедеятельности клетки. На организменном уровне интеграция еще ниже: значительно колеблются показатели массы, размеров, окраски и многих других признаков. Еще менее интегрированы популяции, в которых постоянно изменяются количество особей, соотношения между возрастными группами, фазами развития и т.д.

Интеграция в биогеоценозе очень слабая и сводится к поддержанию на определенном уровне круговорота веществ и превращений энергии преимущественно в цепях питания. Отдельные звенья этих цепей могут достаточно легко заменяться другими.

Важной особенностью живых систем всех уровней организации является их способность нормально функционировать только в стабильных условиях, поэтому на каждом уровне организации поддерживается гомеостаз. Наиболее нестабильные условия окружающей среды и соответственно неустойчивый гомеостаз характерны для надорганизменных живых систем.

Почему биогеоценоз является средой для эволюционных процессов? Современные эволюционные воззрения основаны на идеях В.И. Вернадского о взаимосвязи всех уровней организации живых организмов в единой биосфере.

В каждом биогеоценозе все популяции объединены трофическими, пространственными и другими связями и постоянно влияют друг на друга. Поэтому любые эволюционные изменения в популяциях вызваны факторами, действующими через биогеоценоз как целостную систему. Итак, биогеоценоз — это среда эволюционных процессов.В зависимости от типа биогеоценоза эволюция входящих в него популяций может происходить в различных направлениях.

Что такое сопряженная эволюция? В стабильных биогеоценозах благодаря большому количеству популяций, то есть разнообразных экологических ниш, и разветвленным трофическим связям какие-либо эволюционные изменения нарушают гомеостаз системы, поэтому в первую очередь гибнут мутантные особи. Такие системы могут постепенно изменяться как единое целое в ходе сопряженной эволюции. Ее примером могут служить приспособления покрытосеменных к опылению насекомыми, а последних -к питанию пыльцой и нектаром цветковых растений. В биогеоценозах эти взаимосвязи еще более усложнены: например, насекомые-опылители служат пищей для других животных; существуют комплексы видов, питающихся растениями, при этом не опыляя их. Стабильные биогеоценозы составляют основу живого компонента всех ландшафтно-климатических зон.

Какие виды называют ценофилами, а какие -ценофобами? Виды, из популяций которых состоят стабильные биогеоценозы, назвали ценофилами (от греч. койнос— общий и филео - люблю). Они в большинстве своем узко приспособлены к определенным условиям того или иного типа климаксных биогеоценозов (специализированы) и поэтому экологически и эволюционно непластичны, то есть плохо приспосабливаются к новым условиям.

При нарушении стабильного биогеоценоза он возобновляется путем последовательных смен своих компонентов — сукцессии. Вам известно, что первые сукцессии обеднены видами, в них происходят резкие колебания численности, жесткая конкуренция и т.п. Каждая последующая сукцессия имеет в своем составе все большее число видов; так происходит до полного возобновления видового разнообразия. Виды, принимающие участие в ранних сукцессиях, отличаются высокой экологической пластичностью, мало специализированы и не встречаются в зрелых биогеоценозах. Они получили название ценофобы (от греч. койнос и фобос - страх).

Вкаких экосистемах происходит несопряженная эволюция? Откуда виды-ценофобы попадают в участки разрушенных биогеоценозов? Существуют так называемые интразональные биогеоценозы, условия существования в которых все время изменяются, например экосистемы речных долин. Река, вымывая породы, постоянно углубляет русло. Часть вымытой породы откладывается на ее берегах в виде песка и глины. По мере углубления русла эти наносы покрываются растительностью, образуя пойменные луга (т.е. сообщества, периодически затапливаемые во время паводков). Когда русло станет достаточно глубоким, часть лугов уже не затапливается и их замещают сосновые леса, которые со временем вытесняет лиственный лес.

Все подобные экосистемы пребывают в состоянии непрерывной сукцессии. Их населяют преимущественно виды-ценофобы. В таких сравнительно обедненных видами биогеоценозах изменения в каждой популяции мало зависят от таковых в других, то есть происходит преимущественно несопряженная эволюция.

На границах между стабильными биогеоценозами условия обитания более разнообразны и поэтому там количество видов намного больше. Кроме ценофилов из обеих стабильных экосистем, тут представлены и ценофобы. Например, биогеоценозы лесостепи имеют большее видовое разнообразие, чем степной и лесной зон, которые они разделяют.

Какова роль видов в биосфере? Как вы заметили, видовой уровень организации не вписывается в систему «матрешки», так как различные популяции каждого вида входят в состав разных биогеоценозов. Миграции особей между популяциями одного вида из разных биогеоценозов изменяют частоты встречаемости определенных состояний признаков и генофонды популяций в целом. Это отражается на плотности популяций и способствует включению определенных регуляторных механизмов биогеоценозов для ее сбалансирования, то есть ведет к ряду микроэволюционных изменений. Популяции одного вида как бы «сшивают» отдельные биогеоценозы в единую сверх систему. Кроме того, благодаря миграциям осуществляется горизонтальное перемещение биомассы между биогеоценозами.