Список использованной литературы __________________
Приложение 1 : на цифровом носителе
Введение
Выбор темы исследования.
Путешествуя с родителями, я обратила внимание, что в разных странах растут разные растения, живут разные птицы, рыбы и животные. Меня заинтересовало, почему те же виды, которые можно встретить на теплом море, не живут в нашем климате и я никогда не видела их в лесу или на озере. Оказалось, что между различными видами, живущими по соседству, возникло множество связей, и они не могут существовать друг без друга, образуя в зависимости от условий окружающего мира различные сообщества – экосистемы. Размышляя над разнообразием экосистем, я и выбрала тему своего исследования. Понимая, что человек постоянно влияет на окружающий мир, меняется климат, условия жизни, исчезают целые виды, то есть существующие экосистемы подвергаются значительному внешнему воздействию, я заинтересовалась вопросом – могут ли животные изменить свое место жительства с такой же легкостью, как это делает человек.
Цель исследования.
Оценить шансы отдельных представителей инвазивных видов на выживание в чужой экосистеме, формально не предлагающей каких-то экстремальных условий жизни.
Задачи исследования.
Изучить понятие экосистемы, основные элементы, понять процессы, происходящие между видами;
Проанализировать данные об успешных и не очень успешных примерах переселения видов, результатах их воздействия на чужие экосистемы;
Изучить подробнее два различных вида, существующих в различных экосистемах (мальтийский пресноводный краб и сибирская белка);
Смоделировать взаимное воздействие изученных видов и чужих экосистем при возможном переселении представителей этих видов;
Объект исследования:
Экосистемы и инвазивные виды
Методы исследования:
Наблюдение, сбор информации из книг, интернета, беседы с родителями, моделирование, обобщение.
Экосистемы
Начав изучать само понятие экосистемы, я столкнулась с огромным количеством сложных терминов, которые, как оказалось, обозначают довольно простые явления и процессы. Обратившись за помощью к учителю, я выяснила:
Экосистема — множество живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ. Хотя экосистемы образовались одновременно с появлением жизни на земле, сам термин и научные знания в этой сфере возникли относительно недавно – около 100 лет назад. Суть экосистемы во взаимодействии живых организмов с неживой природой на определенной территории.
Живые организмы определенным образом связаны друг с другом и формируют друг для друга условия жизни, которые важны выживания всех видов в пределах одной территории. Таких связей всего четыре типа, но их комбинации приводят к разнообразию экосистем и к еще большему разнообразию видов на земле. Связи между организмами формировались тысячелетиями, они составляют целые цепочки, разрушив хотя бы одно звено в которых, можно погубить всю систему.
Связи между видами.
Основными типами связей между видами считаются трофические и топические. Трофические – это когда один вид питается другим видом или его останками или продуктами его жизнедеятельности. Так, например, львы охотятся на антилоп, гиены питаются умершими зебрами, а жуки-скарабеи питаются помётом. При этом за одну и ту же пищу обычно конкурирует несколько видов, так природа регулирует их численность. Трофические связи могут образовывать целые пищевые цепочки. Наиболее длинными такие цепочки могут быть в океане, где зоопланктон питается фитопланктоном, который в свою очередь поедает мелкие растения. При этом зоопланктон всего лишь является пищей для мелких рыб-хищников, на которых охотятся рыбы покрупнее, а их с удовольствием поедают морские животные.
Топические связи проявляются в формировании одним видом условий для существования другого вида. Например, в густой тени деревьев отсутствует травяной покров, а черви разрыхляют почву и насыщают кислородом корни растений. За ресурсы, распределяемые топическими связями, также существует конкурентная борьба. Например, в лесу идет постоянная битва между растениями за солнечный свет, одни виды выживают другие с жизненного пространства. Примерно такая же борьба происходит у бабушки на огороде между сорняками и культурными растениями, но в этой борьбе неизменно побеждает бабушка.
Существуют еще форические связи – когда одним видам для размножения нужны другие (например, насекомые переносят пыльцу растений и опыляют цветки) и фабрические – когда одни виды использует останки и продукты жизнедеятельности других для постройки своих сооружений (бобры строят плотины из мертвых деревьев, а птицы при постройке гнезда используют пух и перья других птиц)
Типы отношений между организмами
Возникающие и исчезающие связи между различными видами организмов формируют их отношения друг с другом. Определиться с многообразием отношений мне помогли родители. Вот, что я узнала:
Воздействие одного вида на другой может быть положительным, отрицательным и нейтральным. При этом возможны разные комбинации типов воздействия, но общую картину можно разделить на несколько типов.
1. Виды могут не оказывать друг на друга никакого влияния (например, белки и лоси), а могут оказывать такое влияние, от которого не зависит их жизнь, но выгодно обоим видам (например, раки и актинии полезны друг для друга т.к. актиния защищает рака от хищников своим ядом, а рак способствует размножению и распространению актинии, но эти же виды прекрасно живут друг без друга)
2. Симбиоз – взаимовыгодное сотрудничество видов, которое обуславливает их существование. Такие виды уже не могут жить друг без друга. Например, так живет корова, которая не может самостоятельно переварить траву, и бактерии в желудке коровы, которые расщепляют целлюлозу. Если вдруг корова лишится бактерий в желудке, она скорее всего умрет с голода, хотя вокруг будет полно сочной вкусной травы.
3. Существуют еще квартирничество и нахлебничество – когда один вид живет за счет другого, при этом не оказывая на него какого-то серьезного влияния. Например, в зарослях той же актинии прячутся от хищников некоторые рыбки, как в известном мультфильме про Немо, но самой актинии эти рыбки не приносят ни пользы ни вреда. Также из книг про животных мы знаем, что шакалы, гиены и другие падальщики сами не охотятся на животных, а питаются остатками от добычи настоящих хищников – львов, тигров и волков.
4. Самые понятные отношения между видами – это хищничество. Как известно, одни виды не убивают другие из удовольствия, это всегда вызвано необходимостью питаться самому, кормить свое потомство и животных-нахлебников. Хищники регулируют численность популяции своих жертв, но и численность хищников напрямую зависит от количества пищи. Это не значит, что выловив большинство зайцев в лесу, волки начнут исчезать – скорее всего, волки переключатся на кабанов, мышей, лягушек или даже насекомых, а зайцы в это время получат возможность размножаться.
5.Существуют еще:
- паразитизм, (когда один вид уничтожает другой не сразу, а постепенно, чтобы не убить совсем и иметь возможность как можно дольше пользоваться чужим организмом или его продуктами),
-конкуренция (когда виды борются за один и тот же ресурс),
-подавление (когда один вид уничтожает другой, но никак от него не зависит), антибиоз (когда продукты жизнедеятельности одного организма убивают другие виды).
Эта группа отношений приводит к уничтожению одних видов другими и, к сожалению, наиболее характерно такое поведение именно для человека.
Строение и функционирование экосистемы
Используя полученные знания, можно представить себе модель экосистемы. Основой её является неживой мир – почва, вода, воздух. В замкнутой экосистеме эти элементы обладают определенным набором свойств (температура, давление, влажность, плотность) и минералов, которые создают условия для жизни растений. Относительно крупные растения, бактерии и некоторые животные формируют топические связи, создают среду для жизни мелких растений и животных. Мелкие растения, преобразуя энергию солнца и минералов в химические элементы, образуют первое звено трофической пищевой цепи. Ими в основном питаются потребители первого уровня - мелкие и не очень мелкие травоядные животные, рыбы, насекомые. Третьим звеном пищевой цепочки выступят в нашей системе мелкие хищники, падальщики. Четвертый уровень – это хищники, питающиеся плотоядными животными, насекомыми и рыбами. В пищевой цепи редко бывает больше пяти уровней. В нашем случае последним пятым уровнем будут разрушители - бактерии и грибы, которые перерабатывают останки животных и растений и плоды их жизнедеятельности обратно в минералы. Существуют еще так называемые пищевые цепи разложения, но они не относятся к моему предмету исследования. Основной смысл функционирования экосистемы – в передаче энергии от одних видов другим.
Экологические системы формировались тысячелетиями – намного дольше, чем на земле живет человек, они не способны меняться моментально, и любая попытка внести изменения в отлаженный процесс обязательно встречает сопротивление. Тем не менее, экосистемы могут изменяться под воздействием природных факторов (когда в результате природных катаклизмов рушатся основа системы и топические связи), воздействием человека, изменяющим или уничтожающим целые цепочки передачи энергии, воздействием самих участников экосистемы на свою среду обитания. Не удивительно, что в среде животных существуют мигранты, которые меняют место своего обитания. Кто-то переселяется временно (как перелетные птицы или рыбы, идущие на нерест в места, где никогда не смогли бы жить). Кто-то меняет место жительства по воле человека (когда человек пытается получить белее благоприятную среду для себя, увеличивая или уменьшая популяцию отдельных видов). А могут ли животные мигрировать по собственной воле навсегда? Этот вопрос я изучила сперва на конкретных примерах, а затем использовала свою фантазию.
Опыт переселения инвазивных видов.
По большей части чужие (инвазивные) виды, попадая в экосистему разрушают её, т.к. не являются ее частью и вынуждены рушить ее устоявшиеся связи, или погибают сами, если не могут встроиться в сложившиеся отношения видов. Позже я покажу, как это происходит, на своих примерах, но для начала познакомлю вас с положительным опытом переселения. Иногда мигрирующие виды приносят пользу на новом месте и даже спасают вымирающие виды.
Европейский зеленый краб — один из самых агрессивных инвазивных видов, съедающий все на своем пути. Он нанес непоправимый ущерб экосистемам многих прибрежных районов. Но оказался настоящим спасением для соленых болот полуострова Кейп-Код (США). Местные болотные крабы практически уничтожили травянистое растение спартину изящную, а рытье многочисленных нор привело к эрозии почвы. Зеленые крабы вытеснили аборигенов, и болотная жизнь начала постепенно приходить в норму.
Японскую белоглазку завезли на Гавайи в конце 1920-х для борьбы с жуками. Постепенно заморская гостья заняла доминирующую позицию, поставив аборигенов на грань выживания. С исчезновением местных пернатых угроза нависла и над растениями-эндемиками. Но белоглазка справилась с задачей опыления, как минимум, двух видов цветущих деревьев. Ранее считалось, что японские птички только пьют нектар и не переносят пыльцу.
В 2000 году на острове Белых цапель около Маврикия поселили слоновых черепах с атолла Альдабра (Сейшелы). Они заменили местных исполинских черепах, уничтоженных человеком. Вымершие пресмыкающиеся питались плодами эбенового дерева и распространяли семена по всему острову. Их вымирание вместе с варварской вырубкой деревьев поставило уникальные растения под угрозу исчезновения. Черепахи с Альдабра отлично справились с функцией садовников, запустив процесс восстановления рощ эбеновых деревьев.
Прибыв в XVII веке на Бермуды, английские колонизаторы быстро истребили местный вид цапель — доверчивых и непуганых бермудских квакв. В результате резко возросла численность земляных крабов, которыми питались исчезнувшие птицы. Баланс экосистемы был нарушен. В конце 1970-х из Флориды на острова завезли желтоголовую квакву, родственницу вымерших пернатых. Инвазивный вид прижился на новом месте и уменьшил популяцию крабов, составляющих 95% рациона пришлых птиц.
Поскольку даже из нескольких приведенных примеров становится ясно, насколько агрессивными являются крабы, одним из героев моего воображаемого переселения будет конечно краб. Вторым я выберу животное, которое живет ко мне ближе всего, которое я вижу почти каждый день – белку.
Эксперимент. Знакомство с героями.
Мальтийский краб - пресноводный краб из рода Potamon, встречающийся в Южной Европе в лесных ручьях, реках, озёрах или около них. Он всеяден, экологически вынослив, живёт 10—15 лет. Взрослые особи вырастают до 5 см. Обитает в норах, агрессивен. Краб употреблялся человеком в пищу со времён Древней Греции, сейчас находится под угрозой из-за чрезмерного вылова. Один охотник за сезон способен выловить до 10000 крабов. Мальтийский краб стал одним из символов борьбы за сохранение видов. Его изображение присутсвует на некоторых монетах государства Мальта. Популяция этого вида в Риме — единственная популяция пресноводных крабов в центре большого города. В Рим краб был завезен еще до возникновения Римской Империи и является древнейшим жителем города.
Размножается краб в основном в августе. Я всегда думала, что краб размножается икринками, но это оказалось не так. Самка откладывает яйца на свои брюшные ножки и носит их там вплоть до вылупления крабиков. Крабики вылупляются сразу похожими на взрослых, пройдя личиночную стадию ещё в яйце.
Краб всеяден, он питается растениями, соскребает с различных поверхностей водоросли, охотится на лягушек, головастиков, различных беспозвоночных: личинок насекомых, улиток и червей. Ни один хищник не специализируется на добывании этого краба, но время от времени на него охотятся крысы, лисицы, хорьки, хищные птицы и сойки. Из хищников для этого вида наиболее опасен человек.
Взрослые крабы живут в норах, молодые прячутся под камнями. С возрастом краб всё больше проводит времени на суше, особенно в холодное время года. Вход в нору всегда находится выше уровня воды, может располагаться на высоте до 5 метров над водной поверхностью. Норы достигают длины до 80 см. Вероятно, они служат крабу для защиты от холода.
Поскольку единственным серьезным врагом краба является человек, в своем эксперименте я представлю, что будет, если переселить его в Сибирь, где присутствие человека минимально, а остальные условия сходны с его родной средой обитания.
Вторым участником эксперимента является обыкновенная белка. Каждый из нас видел это ловкое мелкое животное, но не каждый представляет, насколько этот вид приспособлен к миграции. Белка – опытный мигрант. В случае лесных пожаров или в условиях дефицита привычного корма белки массово мигрируют с севера на юг до 300 километров за раз, двигаясь при этом широкой полосой по 100-300 километров, и не сбиваясь при этом в группы. То есть, каждая белка путешествует поодиночке, но меняют место жительства они все вместе. Во время кочевок белки могут переплывать такие крупные реки, как Амур, Енисей, Лена, пересекать горы, распаханные поля, разорять приусадебные огороды и сады. Множество зверьков в это тяжелое для них время гибнет от хищников, усталости, голода, много тонет. Кочующие белки очень худы, подошвы их лапок от долгого путешествия стерты, нередко до крови. Такие путешествия белок описаны еще в древнерусских летописях.
Прибыв на место, белка легче других может приспособиться к новым условиям. В её арсенале есть два вида меха – тонкий, мягкий и теплый, в котором комфортно зимой, а также жесткий и короткий, который идеален летом. Мех белки может меняться несколько раз в год, каждый раз обретая цвет, идеальный для маскировки в новых условиях. Питается белка семенами растений, она может жить в любом месте, где есть растения. Если вы думаете, что белка может жить и делать запасы только в дупле, вы тоже ошибаетесь – она прекрасный строитель и жилищный вопрос решает очень легко. В хвойных лесах, она строит гайны. Это гнезда шарообразной формы из сухих веток, внутри которые выстланы мхом, листьями, травой и шерстью. Диаметр такого гнезда может доходить до 25-30 см. Такое гнездо белки строят в развилке веток или сучьев на высоте от уровня земли от 7 до 15 метров. Самцы, как правило, не строят гнезд, а занимают пустующие гнезда самок, дроздов, сорок и ворон. В условия города белки могут селиться и в скворечниках. Как правило, у каждого зверька насчитывается до 15 гнезд. Через каждые 2-3 дня животные меняют убежища и перемещаются в другое. Такое поведение, возможно, вызвано тем, что таким образом белки спасаются от паразитов. Самка переносит детенышей из одного гнезда в другое в зубах. Белка отличается также плохой памятью – она забывает места, где делала запасы на зиму, потому её кладовые становятся желанной добычей для других зверьков и птиц. Белка же, обнаружив зимой свои запасы еды, всегда удивляется своей предусмотрительности.
В моем эксперименте сибирская белка поедет в теплую Италию, родину краба, на берег лазурного побережья Тирренского моря. Представить, что именно произошло бы в результате опыта по переселению, мне помогла моя учительница.
Эксперимент. Остаться в живых
Эксперимент с белкой закончился очень быстро. Ожидалось, что основной проблемой на новом месте станет поиск корма, хотя на берегу моря достаточно растений со съедобными семенами, но белке пришлось решать совсем другие вопросы. В лесу белка не испытывает длительного воздействия солнечных лучей, она всегда может найти тень, да и погода сибирская не балует избытком солнечных дней в году. Однако, попав на открытую местность на морском побережье, белка оказалась беззащитной перед ярким палящим солнцем. Она практически ослепла и с трудом нашла тень. Белка наиболее активна днем, ночью она привыкла просто прятаться. Оказавшись вдруг в условиях, когда корм пришлось искать в ночное время, белка сразу привлекла внимание ночных хищников, которых на побережье оказалось намного больше, чем в родном лесу, и спрятаться от них было гораздо тяжелее. Через несколько дней сказалось повышенное содержание соли и йода в морском воздухе – кожа белки обветрилась, потрескалась, стала выпадать шерсть. Нужно ли упоминать, что в поисках пресной воды белке приходилось преодолевать значительные расстояния, постоянно подвергаясь опасности попасть на солнце или в лапы хищников. Кроме того, на море практически отсутствовал строительный материал для оборудования гнезда, в местных деревьях не нашлось свободного дупла, а местные паразиты с удовольствием поселились на истощенной коже белки. «С большим трудом мы нашли и вернули белку обратно живой. Ни о каком потомстве нашей белки в условиях Средиземноморья не может быть и речи, хотя я собственными глазами видела белок на море. Очевидно, что это совсем другие виды…
Крабу повезло больше. Этот вид оказался значительно сильнее местных раков, которые населяли сибирскую речку до эксперимента. Раки без особого труда заняли новый водоём, а крабы воспользовались обжитыми местами. Воодушевленные отсутствием человека и других реальных врагов, крабы начали приготовления к размножению. В рыхлой сибирской земле оказалось очень легко копать норы, они получались даже крепче и длиннее, чем в песке родной Италии. Крабы свободно перемещались по прозрачной воде, не опасаясь неожиданной атаки, в реке в изобилии был привычный корм, самки забрались в свои норы и могли даже просто откладывать яйца в землю, не опасаясь, что их нужно прикрывать от хищников собственным телом. В конце августа популяция крабов так увеличилась, что не всем стало хватать мест в норах.
К сентябрю подросло потомство местных лис. Привыкшие охотиться на ловких грызунов, лисы с удивлением обнаружили, что добывать крабов значительно легче. Выловив всех бездомных крабов, лисы начали раскапывать их норы, благо, копать лисы прекрасно умеют. Ближе к началу зимы уцелевшее поголовье крабов вынуждено было полностью уйти под воду, где под воздействием постоянной низкой температуры большинство просто замерзло. А вскоре замерзла и сама вода. Учитывая, что большую часть жизни краб проводит на суше, опускаясь в воду лишь для того, чтобы намочить жабры, необходимость сидеть постоянно под водой стала для крабов катастрофической. До срочной эвакуации обратно в Италию дожили единицы. Ущерб, наносимый крабу за год человеком в процессе охоты, оказался несравним с потерями, понесенными нашими мигрантами всего за три месяца в сибирском лесу.
Конечно, наш эксперимент был воображаемым, и за это время не пострадало ни одного краба и ни одной белки.
Заключение
В результате изучения устройства и принципов работы экосистем, проведенного фантастического эксперимента, сравнения свойств и особенностей как разных видов (краба и белки), так и разных экосистем (сибирского леса и средиземноморского побережья), я могу сделать вывод, что отдельные виды животных не могут самовольно путешествовать по миру. Несмотря на кажущуюся близость основных свойств экологических систем, устоявшиеся связи между видами не могут быть произвольно нарушены без вреда для всей системы. Кроме того, те факторы, которые совершенно очевидно могут привести к вымиранию вида, на деле могут способствовать его сохранению и контролируемой численности популяции. Привилегией путешествовать по всему миру и приспосабливаться к любым условиям обладает только человек и некоторые виды бактерий и вирусов, эти же виды способны оказывать критическое влияние на существующие экосистемы, значительно изменять и даже уничтожать их.
Однако, даже для человека справедливо утверждение, что в гостях хорошо, а дома лучше. Потому наверно большинство из нас из самых интересных и увлекательных путешествий возвращается на свою Родину.
Список литературы:
1.Тайны живой природы. Mysteries & Marvels of Nature. Издание на русском языке / Перевод с англ. А. М. Голова – М.: Росмэн, 1995.
3.Jacqueline Debrincat & Patrick J. Schembri (2007). «Burrow density of the endangered Maltese freshwater crab Potamon fluviatile lanfrancoi at Lunzjata and Xlendi valleys, Gozo» PDF-файл
4.Животные от севера до юга Редактор: Позина Е.Издательство:
Стрекоза, 2014 г.
5.Великолепная энциклопедия животных. Москва. «Махаон». 2005г.
6.Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология. – 5-е изд., перераб. и доп. / Глав. ред. М. Д. Аксёнова. – М.: Аванта+, 2003. 7.Интернет портал Ecology School Main (USA) http://www.theecologyschool.org
