Значение лишайников в процессе первичной сукцессии

Обновлено: 25.01.2025

Лишайники— это симбиотические ассоциации микроскопических грибов и зеленых микроводорослей и/или цианобактерий, образующие слоевища (талломы) определенной структуры. Они выделяют кислоты и тем самым вносят существенный вклад в процессы почвообразования. Лишайники можно отнести к пионерам, т. е. к первым организмам, заселяющим субстрат в процессе первичной сукцессии.

Преимуществом лишайников является устойчивость к экстремальным условиям (засухе, морозам, высоким температурам, ультрафиолетовому излучению). В то же время они проявляют повышенную чувствительность к загрязнению окружающей среды и могут служить индикаторами ее состояния.

Строение лишайников.Лишайники представляют собой симбиотическую ассоциацию фотосинтезирующего организма, или фотобионта (водоросли или цианобактерии), и гриба (микобионта). Водоросли и цианобактерии питаются автотрофно, но воду и ионы они берут от гриба. Как правило, грибной мицелий служит для водоросли защитной оболочкой, предохраняющей ее от высыхания. Сам гриб, неспособный синтезировать органические вещества, питается гетеротрофно ассимилятами партнера по симбиозу. Однако оба партнера могут существовать и как самостоятельные организмы.

По внутреннему строению лишайники подразделяют на:

— гомеомерные, когда клетки водоросли (фотобионта) распределены хаотично среди гиф гриба по всей толщине таллома;

— гетеромерные, когда таллом на поперечном срезе можно четко разделить на слои.

Большинство лишайников имеет гетеромерный таллом. В гетеромерном талломе верхний слой — корковый, сложенный гифами гриба. Он защищает таллом от высыхания и механических воздействий. Следующий от поверхности слой — гонидиальный. В нем располагается фотобионт. В центре имеется сердцевина, состоящая из беспорядочно переплетенных гиф гриба. В ней в основном запасается влага. Сердцевина выполняет также роль скелета. У нижней поверхности таллома часто находится нижняя кора, с помощью выростов которой (ризин) лишайник прикрепляется к субстрату.

В образовании лишайников участвует около 20 % из известных видов грибов (из них аскомицены — около 98 %, дейтеромицеты — около 1,6 %, базидиомицеты — около 0,4 %). Из водорослей в лишайниках наиболее распространена Trebuxia. Из цианобактерии часто встречаются Nostoc, Calotrix. Цианобактерии как симбионты лишайников способны осуществлять фотосинтез и фиксацию атмосферного азота.

По строению тела (таллома, или слоевища) лишайники бывают накипными (корковыми), листоватыми и кустистыми. Они распространены по всему земному шару — от тропиков до приполярных областей. Хорошо известны такие лишайники, как исландский мох (Cetraria islandica) и виды Usnea, свешивающиеся с деревьев наподобие бороды и очень похожие внешне на цветковые эпифитные растения рода Tillandsia.

Размножение.Большинство лишайников способно регенерировать даже из мелких фрагментов слоевища, содержащих и фотобионт, и микобионт. У многих групп лишайников по краям или на верхней поверхности слоевища образуются особые выросты — изидии, которые легко отламываются и дают начало новому слоевищу. В других случаях клетка фотобионта в сердцевине лишайника окружается несколькими слоями гиф, превращаясь в крошечную гранулу, называемую соредией. Каждая соредия способна прорасти в новое слоевище. Хотя бесполое размножение лишайников достаточно эффективно, у грибов, образующих лишайники, широко распространен и половой процесс.

Значение лишайников.Лишайники настолько выносливы, что растут даже там, где отсутствует другая растительность, например в Арктике и Антарктике. Они первыми заселяют безжизненные субстраты, в частности камни, и начинают почвообразовательный процесс, необходимый для освоения этой среды растениями.

Ряд лишайников служит важным кормом для животных (например, ягель, или олений мох (Cladonia rangiferina), — корм северных оленей). При нехватке другой пищи его едят иногда и люди. Определенные виды лишайников считаются в Китае и Японии деликатесами.

Из лишайников можно получать красители, в частности лакмус, экстрагируемый из видов рода Roccella. Лакмус до сих пор широко применяют в химических лабораториях для быстрого и простого определения реакции среды: в кислой среде он краснеет, а в щелочной синеет. Другие лишайниковые красители в свое время использовали для окраски шерсти.

Лишайники очень чувствительны к загрязнителям воздуха, особенно к диоксиду серы (сернистому газу). При этом степень чувствительности варьирует у разных видов, поэтому их используют в качестве биоиндикаторов степени загрязнения окружающей среды.

Находят применение лишайники и в народной медицине, а выделяемые из них лишайниковые кислоты (усниновая кислота и др.) используют в качестве компонента лекарственных средств от ряда заболеваний, например кожных.

Из некоторых лишайников (дубовый мох Evernia prunastri и др.) получают душистые вещества, применяемые в парфюмерии.

Грибы

Грибы представляют собой обширную группу организмов, включающую около 100 тыс. видов. Это гетеротрофные организмы, лишенные хлорофилла. Минеральные вещества гриб способен усваивать из окружающей среды, однако органические вещества он должен получать в готовом виде.

По способу питания грибы подразделяют на симбионты, сапрофиты, паразиты. Симбионты вступают во взаимовыгодные отношения с растениями в форме микоризы. При этом гриб получает от растений необходимые ему органические соединения (углеводы и аминокислоты), в свою очередь снабжая растения неорганическими веществами и водой.

Строение грибов.Вегетативное тело большинства грибов — мицелий — представляет собой переплетение тонких ветвящихся нитей (гиф). Мицелий бывает неклеточный (лишен перегородок), представляющий собой как бы одну гигантскую клетку с множеством ядер, и клеточный, разделенный на клетки, содержащие одно или много ядер.

Клеточная стенка грибов содержит до 80-90 % полисахаридов, связанных с белками и липидами. Скелетные ее компоненты состоят из хитина или целлюлозы. Запасные продукты клеток грибов — гликоген, волютин, масло.

Размножение грибов.Грибы размножаются несколькими способами. Бесполоеразмножение может быть вегетативным и собственно бесполым. Под вегетативным размножением подразумевают почкование гиф или отдельных клеток (например, у дрожжей). Образующиеся почки постепенно отделяются, растут и со временем сами начинают почковаться. Собственно бесполое размножение осуществляется посредством спор и конидий, которые обычно образуются на специальных ветвях мицелия.

В зависимости от способа образования, различают эндогенные и экзогенные споры. Эндогенные споры, характерны для бесполого размножения низших грибов. Они образуются внутри особых клеток, называемых спорангиями.Экзогенные споры обычно называют конидиями.Они имеются у высших и у некоторых низших грибов. Конидии образуются на вершинах или сбоку специальных гиф — конидиеносцев, ориентированных вертикально. Конидии покрыты плотной оболочкой, поэтому устойчивы, но неподвижны.

При половом размножениидля низших грибов свойственно слияние гаплоидных клеток путем изогамии, гетерогамии и оогамии с образованием зиготы, которая покрывается толстой оболочкой, некоторое время проводит в состоянии покоя, после чего прорастает. В случае оогамии развиваются половые органы — оогонии (женские) и антеридии (мужские).

Классификация грибов.Классификация основных отделов царства грибов основана на способе их размножения.

Это грибы с неклеточным мицелием или с небольшим количеством перегородок; у наиболее примитивных — в виде голого комочка протоплазмы — амебоида или в виде одной клетки с ризоидами.

Основные представители: мукор, ризопус.

Аскомицеты, или сумчатые грибы (Ascomycota)

Это грибы с многоклеточным гаплоидным мицелием, на котором развиваются конидии. Характерно образование сумок с аскоспорами — основными органами размножения. Аскомицеты представляют собой одну из самых многочисленных групп грибов, которая насчитывает более 32 тыс. видов (примерно 30 % всех известных науке видов грибов). Их отличает огромное разнообразие — от микроскопических почкующихся форм до обладающих очень крупными плодовыми телами грибов.

Основные представители: хлебные дрожжи, пеницилл, аспергилл, спорынья, пецица, сморчок.

Это грибы с многоклеточным (как правило, дикариотическим) мицелием. Для них характерно образование базидий, несущих базидиоспоры. Группа включает подавляющее большинство грибов, употребляемых человеком в пищу, а также ядовитые грибы и многие грибы — паразиты культурных и диких растений. Всего насчитывается свыше 30 тыс. видов базидиальных грибов.

Основные представители: белый гриб, шампиньон, мухомор и т. д.

Аско- и базидиомицеты часто объединяют в группу высших грибов.

Дейтеромицеты, или несовершенные грибы (Deuteromycota)

В эту гетерогенную группу объединены все грибы с членистыми гифами, но с неизвестным до настоящего времени половым процессом. Насчитывается около 30 тыс. видов несовершенных грибов.

Значение грибов.Съедобные грибы (белые, сыроежки, грузди и др.) употребляют в пищу, но только после обработки. Наиболее ценный гриб — французский черный трюфель, для него характерен привкус прожаренных семечек или грецких орехов. Этот гриб является деликатесом. Он растет в дубовых и буковых рощах, главным образом в Южной Франции и Северной Италии.

Искусственное выращивание съедобных грибов способно внести существенный вклад в дело обеспечения продовольствием все увеличивающегося населения земного шара. Необходимо сделать съедобные грибы такой же управляемой сельскохозяйственной культурой, как зерновые злаки, овощи, фрукты. Наиболее легко поддаются искусственному выращиванию древоразрушающие грибы.

В пищевой промышленности различные дрожжевые культуры применяют в хлебопечении, для приготовления уксуса и спиртных напитков (вина, водки, пива, кумыса, кефира), а плесневые культуры — для изготовления сыров (рокфор, камамбер), соевого соуса (Aspergillus oryzae), a также некоторых вин (херес).

Иногда грибы используют как источник галлюциногенов.

Грибы и препараты из них широко применяют в медицине. Некоторые виды грибов продуцируют важные вещества, в том числе антибиотики — пенициллы, стрептомицеты. В списке официальных препаратов содержатся многочисленные препараты из грибов, например из чаги, спорыньи. В восточной медицине используют цельные грибы — рейши (ганодерма), шиитаке и др.

Многие грибы способны к взаимодействию с другими организмами посредством своих метаболитов или прямо инфицируя их. Применение сельскохозяйственных пестицидных препаратов из некоторых грибов рассматривается как возможность управления размерами популяций вредителей сельского хозяйства, таких, как насекомые, нематоды.

В качестве биопестицидов (препарат боверин) используют, например, энтомопатогенные грибы. Мухомор издавна применялся как инсектицид.

Разнообразны и биотехнологические функции грибов. Их используют для получения таких продуктов, как:

— лимонная кислота (аспергиллус);

— гиббереллины и цитокинины (физариум и ботритис);

— каротиноиды (астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок, вырабатывают грибы Rhaffia rhodozima);

— белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);

— Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков.

Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т. д.).

Грибы принимают участие в образовании симбиотической микоризы с корнями высших растений. Гриб получает от дерева органические соединения, а сам делает воду и минеральные вещества доступными для поглощения и всасывания растением. Кроме того, гриб обеспечивает дерево большей поверхностью всасывания.

Однако некоторые грибы оказывают и отрицательное воздействие. Так, отдельные представители плесневых грибов существенно снижают урожай сельскохозяйственных культур. Грибы-древоразрушители вызывают быструю деструкцию деревьев и древесных материалов, поэтому рассматриваются как патогенные. Известно большое количество разнообразных патогенных грибов, вызывающих заболевания растений, животных и человека.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

2.Экология сине-зеленых водорослей и лишайников

3.Значение первичных сообществ для формирования экосистем

4.Экспериментальная часть. Обнаружение сине-зеленых водорослей и лишайников на изучаемых объектах

5.Оценка полученных результатов

7.Список Интернет-ресурсов и использованной литературы

Я живу в селе, в котором много старых заброшенных деревянных построек. На большинстве из них можно увидеть налет зеленовато- бурого, желто- бурого цвета (фото 1.2). Мне стало интересно, что за организмы поселяются на поверхности древесины.

Гипотеза: учитывая, что первоначально эти поверхности были свободны от каких- либо живых организмов, предполагаем, что первые организмы, которые на них поселяются, это сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и лишайники, формирующие первичные сообщества. Таким образом, мы наблюдаем начальный этап первичной сукцессии.

Цель: установить, что налет на поверхностях деревянных построек образован живыми организмами, а именно, сине-зелеными водорослями и лишайниками и что они образуют первичное сообщество.

изучить экологию сине-зеленых водорослей и лишайников;

собрать образцы налета и рассмотреть их под микроскопом;

сравнить полученные данные с данными научной литературы

Актуальность исследования заключается в моем личном желании познания окружающего мира.

Новизна исследования заключается в отсутствии подобных публикаций среди школьных исследовательских работ;

Объект исследования – колонии сине-зеленых водорослей и лишайников, произрастающих на деревянных поверхностях.

Предмет исследования – клетки сине- зеленых водорослей и лишайников.

Методика исследования . Микроскопическое исследование биоматериала.

Работа имеет теоретический интерес.

2. Экология сине-зеленых водорослей и лишайников.

Цианобакте́рии , сине-зелёные водоросли , или цианопрокариоты , или цианеи ( лат. Cyanobacteria от греч. κυανός — сине-зелёный) — тип крупных бактерий , способных к фотосинтезу , сопровождающемуся выделением кислорода .

В морфологическом отношении цианопрокариоты - разнообразная и полиморфная группа. Общие черты их строения заключаются только в отсутствии жгутиков и наличии слизистой оболочки. Ширина или диаметр клеток варьируется от 0,5 мкм до 100 мкм. Цианобактерии - одноклеточные , нитчатые и колониальные микроорганизмы. Отличаются выдающейся способностью адаптировать состав фотосинтетических пигментов к спектральному составу света, так что цвет варьируется от светло-зелёного до тёмно-синего.

Морские и пресноводные, почвенные виды, участники симбиозов (например, в лишайнике ). Составляют значительную долю океанического фитопланктона . Способны к формированию толстых бактериальных матов . Некоторые виды токсичны и условно-патогенны (например, Anabaena ). Главные участники цветения воды , которое вызывает массовые заморы рыбы и отравления животных и людей. Уникальное экологическое положение обусловлено наличием двух трудно сочетаемых способностей: к фотосинтетической продукции кислорода и фиксации атмосферного азота (у 2/3 изученных видов).

В настоящее время, являясь значительной составляющей океанического планктона, цианобактерии стоят в начале большей части пищевых цепей и производят значительную часть кислорода (вклад точно не определен: наиболее вероятные оценки колеблются от 20 % до 40 %).

В настоящее время цианобактерии служат важнейшими модельными объектами исследований в биологии. В Южной Америке и Китае бактерии родов спирулина и носток из-за недостатка других видов продовольствия используют в пищу: их высушивают, а затем готовят муку. Рассматривается возможное применение цианобактерий в создании замкнутых циклов жизнеобеспечения.

Лишайники — это симбиотические организмы, тело которых (таллом) образовано соединением грибных ( микобионт ) и водорослевых и/или цианобактериальных ( фотобинт ) клеток во внешне кажущемся однородным . Микобионт получает от фотобионта питательные вещества, производимые тем в результате фотосинтеза. Гриб же создаёт водоросли более оптимальный микроклимат: защищает её от высыхания, экранирует от ультрафиолетового излучения, обеспечивает жизнь на кислых субстратах, смягчает действие ряда других неблагоприятных факторов. Из зелёных водорослей поступают органические вещества, которые легко усваиваются грибом. Цианобактерии поставляют в гриб в основном глюкозу, а также азотсодержащие вещества, образуемые благодаря осуществляемой ими фиксации азота.

По внешнему виду различают лишайники:

Листоватые . Листоватые лишайники имеют вид пластин разной формы и размера, они более или менее плотно прикрепляются к субстрату при помощи выростов нижнего коркового слоя.

Кустистые . У наиболее сложных с точки зрения морфологии кустистых лишайников таллом образует множество округлых или плоских веточек. Такие лишайники могут расти как на земле, так и свисать с деревьев, древесных остатков, скал.

Тело лишайников (таллом) представляет собой переплетение грибных гиф, между которыми находится популяция фотобионта.

Лишайники не способны к регуляции водного баланса, поскольку у них нет настоящих корней для активного поглощения воды и защиты от испарения. Поверхность лишайника может удерживать воду на короткое время в форме жидкости или пара. В сухих условиях вода быстро теряется на поддержание метаболизма и лишайник переходит в фотосинтетически неактивное состояние, при котором вода может составлять не более 10 % массы. В отличие от микобионта, фотобионт не может долго находиться без воды. Но лишайники нашли способы предотвращения полной потери влаги. У многих видов наблюдается утолщение коры, чтобы обеспечить меньшую потерю воды. Способность поддерживать воду в жидком состоянии очень важна в холодных районах, поскольку замёрзшая вода не пригодна для использования организмом.

Описанный выше ритм жизни является одной из причин для очень медленного роста большинства лишайников. Иногда лишайники растут всего лишь на несколько десятых миллиметра в год, в основном менее чем на один сантиметр. Ростовая зона лишайников у накипных форм находится по краю лишайника, у листоватых и кустистых — на каждой верхушке.

Лишайники являются одними из самых долгоживущих организмов и могут достигать возраста нескольких сотен лет, а в некоторых случаях — более 4500 лет, как например ризокарпон географический ( Rhizocarpon geographicum ), живущий в Гренландии [13] .

В связи с очень медленным ростом лишайники могут выжить только в местах, не заросших другими растениями, где есть свободные площади для фотосинтеза. Кроме того, лишайники проявляют повышенную чувствительность к химическому загрязнению и могут служить его индикаторами. Устойчивости к неблагоприятным условиям способствует невысокая скорость роста, наличие различных способов извлечения и накопления влаги, развитые механизмы защиты.

Лишайники, как правило, предъявляют скромные требования к потреблению минеральных веществ, получая их, большей частью, из пыли в воздухе или с дождевой водой, в связи с этим они могут жить на открытых незащищённых поверхностях (камни, кора деревьев, бетон и даже ржавеющий металл). Преимуществом лишайников является терпимость к экстремальным условиям (засухе, высоким и низким температурам (от −47 до +80 градусов по Цельсию, около 200 видов обитают в Антарктике), кислой и щелочной среде, ультрафиолетовому излучению). Многие лишайники специфичны к субстрату: одни хорошо развиваются только на щелочных породах, например, известняке или доломите, другие на кислых, не содержащих извести силикатных породах, таких как кварц, гнейс и базальт. Лишайники-эпифиты также предпочитают определённые деревья: выбирают кислую кору хвойных или берёзовых или осно́вную ореховых, клёна или бузины. Ряд лишайников сам выступает в качестве подложки для других лишайников.

Лишайники являются организмами-индикаторами (биоиндикаторы) для определения условий окружающей среды, в частности, качества воздуха ( лихеноиндикация ). Высокая чувствительность лишайников к загрязнениям вызвана тем, что взаимодействие его компонентов легко нарушить. Из воздуха или с дождём поступают без всяких препятствий в лишайник вместе с питательными и токсичные вещества, это происходит потому, что лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Поэтому они особенно уязвимы к загрязнению воздуха.

В районах с интенсивным сельским хозяйством велико внесение удобрений, азотные соединения из которых распространяются с водой, делая реакцию почвы слабоосновной. Это ведёт к исчезновению видов лишайников, которые предпочитают кислые почвы. Лишайники служат также показателями наличия в воздухе токсичных тяжёлых металлов, накапливающихся в тканях, которые в итоге могут привести к гибели лишайника. Накапливают лишайники и радиоактивные вещества. Поэтому они могут быть использованы для контроля за радиоактивными осадками после атмосферных ядерных испытаний.

3.Значение первичных сообществ для формирования экосистем

Первичная сукцессия - это процесс формирования и развития экосистемы на незаселенном месте: голые скалы, песчаные дюны, отвалы пустой породы у шахт и карьеров, насыпи .

Голый камень мало пригоден для жизни. Семена с трудом находят место, пригодное для закрепления и прорастания, а если даже они и прорастут, то всходы, скорее всего погибнут из-за действия ветра и солнца, из-за нехватки воды. Только цианобактерии и лишайники могут расти в подобных условиях. Их крошечные споры закрепляются в мельчайших трещинах. Они улавливает частицы породы и гумуса, приносимые водой или ветром. При засухе переходят в неактивное состояние покоя: не развиваются, но и не гибнут. Малейшее увлажнение влечет за собой его рост. Постепенно начинает накапливаться почва. Вместе с моховым покровом она обеспечивает место для поселения семенных растений, причем мох удерживает воду, нужную для прорастания семян. Крупные растения, в свою очередь, накапливают почву, разрушая скалу своими корнями. Наконец, слой почвы оказывается достаточным для развития кустарников и деревьев. Их опадающие листья и ветви не дают расти мхам и другим мелким видам, начавшим первичную сукцессию. На первоначально голой скале мхи сменяются травами, а затем и лесом. Первичная сукцессия - от стадии голой скалы и до климакса (зрелого леса) может длиться многие сотни лет.

На скалах и утёсах лишайники являются важными первоначальными организмами. Они крепятся к поверхности горной породы или даже проникают внутрь. При этом сильно меняют внешний вид горных пород, особенно их цвет, и образуют вокруг себя углубления. Лишайники не делают различий между естественными и искусственными субстратами, покрывая стены, крыши, заборы, надгробия и другие постройки.

Сукцессия любого масштаба заканчивается формированием зрелого сообщества, и в экосистеме все популяции приходят в состояние динамического равновесия. Далее эти экосистемы существуют в соответствии с рассмотренными ранее законами и принципами функционирования экосистем.

Сукцессии любого масштаба характеризуются рядом общих закономерностей, многие из которых важны для практической деятельности человека:

- в ходе сукцессии постепенно нарастает видовое разнообразие. Это ведет к усложнению связей внутри сообщества, разветвлению цепей питания и усложнению трофической сети, усилению регуляторных возможностей внутри системы, ее стабильности.

- происходят серьезные преобразования в энергетическом балансе системы. С энергетических позиций сукцессия - это такое неустойчивое состояние сообщества, которое характеризуется несоответствием двух показателей: валовой продуктивности и энергетических затрат всей системы на поддержание жизнедеятельности - дыхания.

- в ходе сукцессии общая биомасса сообщества сначала возрастает, но затем темпы этого роста снижаются и на стадии климакса биомасса системы стабилизируется.

- на первых этапах сукцессии чистая продуктивность сообщества относительно высока. В зрелых, устойчивых экосистемах практически весь прирост растительности поступает и расходуется в цепях питания гетеротрофами, поэтому чистая продуктивность сообщества приближается к нулю.

4. Экспериментальная часть. Обнаружение сине-зеленых водорослей и лишайников

Для выполнения поставленных задач, были взяты соскобы с деревянных поверхностей и помещены в чашечках Петри, в водную среду на целлюлозный субстрат.

Образцы выдерживались при комнатной температуре в течении одной недели.

Затем были изготовлены микропрепараты и рассмотрены под микроскопом.

В ходе исследования были сделаны фотографии при помощи электронного объектива и записан видеоролик. Препараты не окрашивались. Увеличение микроскопа –160 раз (16*10)

Фото 4.

Фото 7

Фото 10 Фото 11

4.Оценка полученных результатов

Обнаруженные объекты имеют явно клеточное строение, что говорит об обнаружении колонии живых организмов (фото 3).

Зеленая окраска свидетельствует о фотосинтетической деятельности клеток (фото 4,5,6).

Имеется четко выраженная клеточная стенка, что характерно для сине-зеленых водорослей (фото 4,5). Так же характерным является слизистая оболочка вокруг клеточной стенки, это явление привело к ослизнению раствора в чашечке Петри.

Образование в центральной части клеток, по нашему предположению, является ядроподобным образованием и называют его нуклеоидом (фото 4,5).

То, что нуклеоид не имеет четко выраженной ядерной оболочки, является доказательством принадлежности к сине-зеленым водорослям (цианобактериям) .

Большинству синезеленых водорослей свойственно образование колоний, в которых они тесно сомкнуты, а клетки сохраняют физиологическую самостоятельность.

Колониальное строение изучаемых объектов также хорошо видно (фото 6).

Доказательства наличия лишайников не составляют труда. На фото 7, 8, 9 отчетливо видны грибные нити, между которыми прослеживаются скопления клеток водорослей зеленого цвета.

Первичные сообщества заселяются также животными организмами, представленные различными видами простейших (фото 10. 11).

Голые поверхности мало пригодны для жизни. Семена с трудом находят место для закрепления и прорастания, а если даже они и прорастут, то всходы, скорее всего погибнут из-за действия ветра и солнца, из-за нехватки воды. Только цианобактерии и лишайники могут расти в подобных условиях. Их крошечные споры закрепляются в мельчайших трещинах, неровностях, которые становятся местом обитания новых колоний. Они улавливают частицы породы и гумуса, приносимые водой или ветром. При засухе переходят в неактивное состояние покоя: не развиваются, но и не гибнут. Малейшее увлажнение влечет за собой их рост. Постепенно начинает накапливаться почва, появляются условия для поселения мхов. Моховой покров она обеспечивает место для поселения семенных растений, причем мох удерживает воду, нужную для прорастания семян.

Таким образом, мы наблюдаем начальный этап первичной сукцессии.

В ходе сукцессии постепенно нарастает видовое разнообразие. Это ведет к усложнению связей внутри сообщества, разветвлению цепей питания и усложнению трофической сети, усилению регуляторных возможностей внутри системы, ее стабильности.

При заселении необжитых участков живые организмы за счет своего метаболизма изменяют условия проживания и сменяют друг друга. Основная роль принадлежит накоплению отмерших остатков растений и продуктов разложения. Постепенно формируется почвенный профиль , изменяется гидрологический режим участка, микроклимат . Такие сукцессии называются — экогенетическими, так как ведут к преобразованию самого местообитания. Процесс первоначального формирования растительного покрова называется также сингенетической сукцессией .

да потомучто именно они способны перерабатывать голые скалы в почву, пригодную для других растений. тут можно упомянуть растения и различные одноклеточные вводоросли, но в значительной степени именно лишайники учавствуют в этом процессе

они наиболее неприхотливы в силу особенностей своего строения (гриб+водоросль) , поселяются на практически любых, непригодных для жизни других организмов, субстратах (камнях, стекле и пр.)

Задание 26 № 46569

Какие процессы живого вещества биосферы обеспечивают относительное постоянство концентрации кислорода и азота в атмосфере? Укажите не менее четырёх процессов и поясните их значение.

На рисунке представлена схема одного из вариантов сукцессий.

Какой вариант сукцессии представлен на рисунке? Ответ поясните, приведите аргументы. Почему именно с лишайников начинается этот вариант сукцессии? За счёт чего изменяется субстрат, на котором обитают лишайники?

1. Благодаря фотосинтезу кислород выделяется в атмосферу.

2. При дыхании кислород поглощается из атмосферы.

3. В результате азотфиксации бактериями азот поглощается из атмосферы.

4. В результате денитрификации азот выделяется в атмосферу.

1. Первичная сукцессия.

2. Развитие начинается на безжизненном субстрате, на котором ранее не было почвы (голые камни/скалы, вулканические породы).

3. Лишайники не нуждаются в почве, так как получают минеральные соли из субстрата (скальных, вулканических пород, камня), на котором обитают, а также из дождевой воды, пыли.

4. Лишайники растворяют субстрат за счёт специфических лишайниковых веществ/кислот.

В сукцессионном ряду каждая предыдущая форма жизни образует условия для оптимального существования следующей формы живого. Принципиально важным для возникновения сукцессии является изменение внешних условий. Если условия остаются неизменными, то и смены формы жизни не происходит. В этом случае сукцессионный ряд завершается устойчивым сообществом, обмен в котором сбалансирован. Такое сообщество называется климакс. Оно не меняется, потому что у него нет для этого причин.

Первым ученым, который предложил теорию сукцессии, стал Ф. Клементс. В дальнейшем его идеи развивали такие ученые, как В.Н. Сукачев и С.М. Разумовский. Согласно концепции Ф. Клементса, сукцессия включает в себя несколько этапов:

1. Появление участка в живой природе, на котором не обнаруживается живых организмов;

2. Миграция на этот свободный участок живых организмов или возникновение на нем зачатков жизни;

3. Адаптация живых организмов к условиям жизни на данном участке;

4. Конкуренция между разными видами живых организмов на этой территории;

5. Изменение живыми организмами условий на данной территории с целью приспособления их к своим потребностям и образу жизни;

6. Стабилизация условий жизни и взаимоотношений между видами на данной территории.

В условиях современной действительности появление участка в живой природе, который не был бы занят живыми организмами – большая редкость, потому что видовое разнообразие планеты довольно велико. Но такие места могут возникать в результате движения вечной мерзлоты, снижения уровня воды в реках, озерах и водоемах, эрозии и обвалов в горной местности, вытеснения на поверхность глубинных пород и минералов в ходе антропологического вмешательства в природную экосистему.

Зарождение той или иной формы жизни на свободной части территории, как правило, носит случайный характер. Оно обусловлено преобладанием тех или иных форм жизни и видового разнообразия на прилегающих к этому участку территориях.

В молодых сообществах преобладают мелкоразмерные организмы, жизненный цикл которых сравнительно короткий, но при этом они обладают высоким потенциалом размножения. Их расселительные возможности огромны. Именно такие живые организмы первыми проникают на свободную территорию и захватывают ее. Однако их конкурентные возможности слабые – они не могут удержать лидирующие позиции на участке обитания на протяжении длительного времени.

Стоит отметить, что из зачатков новой жизни, которые тем или иным путем попали на свободный участок, приживутся на нем далеко не все. Укоренятся на нем только те формы жизни, у которых коэффициент экологической валентности отвечает абиотическим условиям жизни в этой местности. Те виды, которые смогли адаптироваться к условиям жизни на свободной территории, со временем вступают в конкурентные отношения. Конкуренция в живой природе помогает регулировать численность того или иного живого вида.

Связи внутри ценоза становятся более сложными: пищевые цепочки начинают ветвиться, трофические сети усложняются, симбиотические отношения стремительно множатся. Эти процессы по сути являются регулятором видового разнообразия – они не допустят избыточного размножения особей и снижают стремление к доминированию у более приспособленных видов, грозящее подавлением менее жизнеспособных форм.

Одновременно с адаптацией и выстраиванием конкурентных отношений идет процесс изменения имеющихся природных условий территории, который обусловлен жизнедеятельностью живых организмов. Темпы изменений условий обитания и видового соотношения на участке территории постепенно снижаются. Рано или поздно на нем формируется климаксовое сообщество – относительно устойчивая форма жизни. В отличие от того видового соотношения, которое отмечалось на этой территории на начальных стадиях ее освоения, климаксовое сообщество может длительное время самостоятельно поддерживать выживание в преобразованных условиях. Это становится возможным за счет преобладания в нем таких характеристик, которые способны обеспечивать сбалансированный круговорот веществ.

В основе биологического круговорота лежат сукцессии, которые проходят за счет разложения органических веществ в почве. Эти процессы помогают почвам восстановить необходимый баланс минеральных и органических веществ. Стабильность функционирования любой экосистемы обусловлена сукцессионными процессами, которые помогают компенсировать антропогенное воздействие на природные ресурсы, помогают природе самообновляться.

Постепенно в молодых сообществах укореняются более крупные виды, циклы развития которых весьма продолжительны. Это приводит к появлению различных видов на ограниченном участке территории, которые выбирают для себя наиболее комфортную нишу. В растительном мире становится заметна ярусность, которая образует основу наземной экосистемы. Взаимная зависимость видов друг от друга повышается. Отношения конкуренции преобразуются в отношения трофической зависимости и мутуалистические связи. Это является залогом развития автономности живых сообществ от условий окружающей действительности.

В результате описанных выше процессов, на участке территории, который оказался временно свободным, формируется относительно стабильная система. Таким образом, биологический круговорот в ценозе уравновешивается.

Причины возникновения сукцессии

Явление сукцессии обусловлено закономерными процессами в самой экосистеме. Существование на одной территории определенного видового разнообразия априори предполагает взаимодействие живых организмов друг с другом и с окружающей средой . Это и порождает изменения в живых сообществах.

Причина сукцессии – неполный круговорот в ценозе. Живые организмы используют ресурсы среды, выделяя в нее продукты распада. Со временем условия для существования данного вида живых организмов на этой территории становятся неблагоприятными – питательных веществ во внешней среде остается все меньше, она засорена продуктами распада. Зато измененная среда становится привлекательной для жизни других живых организмов. Так происходит смена доминантного вида в том или ином ареале.

Виды сукцессии

Специалистами выделено множество подходов к классификации сукцессий. Так, их можно разделить на типы по степени постоянства изменений (постоянные и непостоянные), по характеру изменений (гетеротрофные и автотрофные), по происхождению (первичные и вторичные).

Сукцессию классифицируют по причинам, которые лежат в основе ее возникновения. Выделяют автогенные сукцессии и аллогенные.

Автогенные изменения в экосистеме обусловлены процессами, происходящими внутри сообщества. Аллогенные изменения обусловлены действием внешних факторов.

В свою очередь эти 2 разновидности сукцессий подразделяются еще на 2 подвида. В числе аллогенных преобразований выделяют гологенез (изменения в экосистеме в результате воздействия антропогенного или природного характера на ландшафт) и гейтогенез (изменения, происходящие по причине воздействия человека на природные ресурсы).

Кроме того, сукцессии бывают обратимые и необратимые, прогрессивные и регрессивные, природные и антропогенные, быстрые и медленные.

Первичная сукцессия

Первичной сукцессией называется зарастание территории, на которой до этого не существовало растительности. Условием для зарождения нового сообщества на этой территории является отмирание частей первых растений и процессы разложения.
С течением времени образуется почвенный профиль, гидрологический режим местности изменяется, что влечет за собой изменение климата. Такой процесс первоначального зарождения растительности называют синтенетической сукцессией.

Первичные сукцессии возникают одновременно с преобразованием грунта. Пусковым механизмом преобразований является попадание семян растений на безжизненную почву, гибель слабых ростков.

Первичный почвенный субстрат может быть различным по влажности. В зависимости от коэффициента влажности грунта, среди первичных сукцессий выделяются:

Литоксеросерия – это зарождение нового сообщества на каменистых и скалистых участках.

Псаммоксеросерия – это сукцессионный процесс, возникающий в песчаных районах.

Геоксеросерия – это формирование нового сообщества на глинистых почвах.

Мезосерия – это зарождение новой жизни на почвах, которые умеренно влажные. В результате преобразования жизни на них влажность грунта остается практически неизменной. Эту разновидность первичной сукцессии подразделяют на элювиальную, пролювиальную и аллювиальную.

Последовательную смену образования новых форм жизни можно проследить на примере лесной зоны. Сначала на безжизненной почве появляются лишайники. Затем мох, после него множество однолетних травянистых культур, которые сменяются злаковыми и многолетними растениями. На смену травянистым разновидностям приходят низкорослые кустарники, а затем деревья первой генерации. Со временем деревья первой генерации сменяются деревьями второй генерации.

Примеры первичной сукцессии

В качестве примеров первичных сукцессий могут выступать:
– Заселение застывшей лавы вулкана. После извержения вулкана на его поверхности нет жизни. Однако это не означает, что она здесь никогда не появится. Микроорганизмы, способные к быстрому размножению в скором времени заселят кратер, положив начало новому живому сообществу.

Зарождение новой жизни на безжизненном склоне горы после схода снежной лавины. Сошедшая снежная лавина уносит с собой обломки горных пород, вскрывая глубинные слои. На поверхность горного склона ветер принесет семена простейших растений – через некоторое время склон горы покроют сначала мхи, а затем уже и однолетние растения.

Заселение первыми микроорганизмами недавно возникшей песчаной дюны. Образовавшаяся песчаная дюна остается незанятой живыми организмами, для которых условия пустыни оптимальны, совсем непродолжительный период. В скором времени ее облюбуют простейшие, а позже она будет использована мелкими животными в качестве ночного укрытия и защиты от хищников.

Поселение живых организмов на океанских островах. Известно, что уровень воды в океане колеблется. При снижении уровня воды, образуются новые участки суши, где не могут жить организмы, которые обитали тут в то время, когда вновь образовавшийся остров был скрыт водой. Но для земноводных сообществ условия жизни на незаселенном островке вполне привлекательны: в скором времени здесь сформируется новое сообщество.

Далеко не все микроорганизмы способны выжить на безжизненных участках. Таких первопоселенцев называют пионерами сукцессий. Их типичными представителями являются мхи и лишайники.

Вторичная сукцессия

Под вторичной сукцессией понимается возобновление жизни на участке, где прежде уже было живое сообщество, но в силу определенных обстоятельств жизнь на данной территории временно прекратилась.

Вторичные сукцессии можно наблюдать в дикой природе. не тронутой человеком: в результате сукцессионных процессов там образуется климаксовое сообщество, которое на протяжении какого-то времени живет на участке территории, пока не случается то или иное стихийное бедствие: пожар, наводнение, извержение вулкана, вторжение на территорию человека с целью приспособления почвы для сельскохозяйственных нужд.

В результате этих событий, происходит разрушение привычных для живого сообщества условий – оно мигрирует или погибает. В случае чрезвычайных происшествий, жизнь на участке территории прекращается, но тут же запускаются сукцессионные процессы – через определенное время ценоз сможет восстановиться до исходного состояния.

Как правило, процесс восстановления жизни на пострадавшей территории занимает несколько десятилетий. Он начинается с произрастания однолетних травянистых растений, которые разрастаются очень быстро и способны распространять семена на большие расстояния. Через 2 – 3 года травянистые однолетники вытесняются многолетними травяными культурами. Которым на смену приходят низкорослые кустарники, а затем уже и деревья. Полноценное сообщество, ничем не отличающееся от того, которое существовало на этом участке территории до критических событий, восстановится приблизительно через 100 лет.

Разновидностью вторичной сукцессии является циклическая сукцессия. Ее характерной особенностью является то, что изначально в самом живом сообществе имеются предпосылки для возвращения его на более раннюю стадию сукцессионного преобразования. Это позволяет поддерживать оптимальную численность и видовое разнообразие живых организмов на ограниченной площади.

Примеры вторичной сукцессии

В качестве примеров вторичных сукцессионных процессов можно привести следующие:

– На возвышенности су3ществовал лесной массив. Люди вырубили его, так как решили использовать это место для сельскохозяйственных работ. Однако через какое-то время они забросили земледелие на этом участке. Постепенно он начал зарастать травами, потом кустарниками, потом деревьями. В итоге первоначальный лесной массив восстановился через 50 – 70 лет.

– В тайге в результате продолжительной засухи или неосторожного обращения с огнем случился пожар. Вся растительность таежной равнины оказалась выжженной. Но ветер принес на эту землю семена растений с прилегающих территорий – через несколько десятков лет таежный биогеоценоз восстановился.

– Купив участок земли, поросший травой. Человек вспахал землю, высаживал на ней овощи. Однако через несколько лет он переехал в другое место. После него за огородом никто не следил. В результате чего вспаханная земля стала зарастать сначала мелкими сорняками, а затем на ней восстановилось прежнее живое сообщество, в котором преобладали травянистые культуры.

Сукцессия на примере озера

Можно рассмотреть сукцессию на примере озера. Вода – это главный ресурс возобновления экосистемы, с помощью нее осуществляется биосферный круговорот. Восстановление экосистемы озера после эвтрофикации является примером вторичной сукцессии.

Если забирать воду из озера будут в контролируемых объемах, посредством круговорота озерная экосистема будет способна самостоятельно восполнять отток воды. Но при бесконтрольном увеличении оттока озеро не сможет восстановиться. Это приведет к тому, что продукция гетеротрофов будет снижаться.

В обмельчавшем водоеме большая часть живых организмов утратит способность к размножению, они будут пережидать неблагоприятные условия, находясь в состоянии покоя. Как только период прекратится забор воды из озера, природная экосистема восполнит водный объем посредством сукцессионных процессов. Это означает, что для живых организмов, которые пережидали временную засуху, находясь в состоянии покоя, снова наступят благоприятные времена, когда они смогут размножаться и комфортно существовать на прежней территории.

Значение сукцессии

Для практической деятельности человека сукцессия любого типа и масштаба чрезвычайно важна. Благодаря сукцессионным процессам, человек имеет возможность длительное время пользоваться природными благами и богатствами: использовать лес для строительства, добывать полезные ископаемые для функционирования различных областей промышленности.
Живые сообщества, которые достигли климаксовой стадии развития, удобны для человека.

Они позволяют человеку чувствовать себя уверенно, комфортно, защищено. Климаксовые сообщества помогают человеку приспособиться к условиям окружающей среды, управлять неблагоприятными факторами. Человек чувствует себя уверенно в том случае, если он находится в безопасности, имеет возможность контролировать внешнюю ситуацию. Людям важно ощущение стабильности, а именно это чувство человек и получает в результате сукцессии. В результате преобразований в экосистеме человек получает сбалансированную совокупность недавно зародившихся и зрелых живых сообществ. Эти сообщества взаимозависимы. Кроме того, они определяют успешность жизнедеятельности человека.

Случается, что та или иная часть территории находится в неблагоприятных климатических условиях, поэтому мало пригодна для зарождения на ней жизни нового биологического сообщества. Однако благодаря восстановительной способности экосистемы, возможно формирование ценоза на безжизненной почве.

Сукцессия дает человеку следующие возможности:

– Собирать богатый урожай овощей и фруктов.

– Заниматься садоводством, искусственно поддерживая и самостоятельно формируя видовое разнообразие ландшафтных композиций.

– Восстановить агроценоз или сформировать почвогрунт, который будет обладать всеми необходимыми свойствами для роста сельскохозяйственных культур. Известны случаи антропогенной сукцессии, когда люди искусственно создают необходимые условия для выращивания экзотических деревьев в той местности, где условия далеки от тропических.

– Расширять ареал обитания редких и вымирающих видов растений и животных.

– Постепенно восстанавливать популяции животных и птиц, которые имеют сельскохозяйственное значение, но в результате неблагоприятных климатических условий, стихийного бедствия, экологической катастрофы или антропологической деятельности находятся на грани исчезновения. Также сукцессия позволяет восполнять видовое разнообразие обитателей рек, озер, морей и океанов, компенсируя последствия рыболовного промысла.

– Противостоять изменению физических параметров окружающей среды. Антропогенные сукцессионные процессы обусловлены воздействием человека на температуру и влажность воздуха с целью оптимизации условий для жизни живых организмов.

– Препятствовать загрязнению окружающей среды и истощению природных богатств. В результате сукцессионных процессов выживаемость и способности адаптироваться к неблагоприятным условиям у климаксового сообщества выше, чем у молодого, которое только зародилось на пустовавшей территории.

– Приспособления к имеющимся природным условиям. Доказательством приспособления человека к природе является наличие цивилизационных форм жизни в крайне неблагоприятных местностях.

Несмотря на способность экосистем к регенерации за счет сукцессионных процессов, человеку следует помнить о том, что возможности природных экосистем к самовосстановлению весьма ограничены. Огромные площади лугов, степей и лесных массивов сегодня приспосабливаются и преобразовываются человеком для садово-огородных работ, пастбищ, строительства. Бесконтрольная вырубка леса превышает скорость сукцессии. Если продолжать нерационально использовать природные богатства, то видовое разнообразие жизни на планете существенно сократится.

К сожалению, современное человечество не осознает масштабов проблем, которые могут случиться в результате дисбаланса в экосистеме. Экономическая выгода от использования природных ресурсов не всегда оправдана.

Читайте также: