Общие закономерности действия среды на организм. Конспект урока по экологии "Среда обитания и факторы среды

Среда обитания организма – совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, а организмы при этом приспосабливаются к этим изменениям.

Приспособления к постоянно меняющимся (в течение суток, года. жизни) условиям среды обитания, называются адаптациями. Они проявляются на всех уровнях организации живого – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Изучение адаптаций организмов и экосистем к условиям жизни – одна из главных задач экологии.

Воздействие среды воспринимается организмами через её факторы, которые называются экологическими. Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, оказывающие специфическое воздействие на организм. Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, уменьшая их количество для других организмов.

К ресурсам относят пищу, убежища, удобные места для размножения и т.д. Условия – это факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть одновременно ресурсом для одних и условием для других видов. Так свет – жизненно необходимый энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений (листовая мозаика – приспособление, позволяющее растению наиболее полно использовать световую энергию), а для обладающих зрением животных – необходимое условие, позволяющее видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов также может быть и условием жизни, и ресурсом.

Многообразие экологических факторов русский учёный Э.А. Эверсман в своей работе «Естественная история Оренбургской области» (1840) разделил на абиотические и биотические. Позже к ним было добавлено понятие антропогенных факторов.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов Среди них различают физические, химические и эдафические факторы.

Физические факторы – их источником является физическое явление или состояние. К ним относятся: интенсивность, качество и продолжительность освещения; температура, течение воды, ветер, влажность воздуха, атмосферное давление, давление толщи воды, а так же топографические характеристики (высота, экспозиция склона и его крутизна).

Химические факторы – определяются химическим составом среды обитания организма. Например, состав воздуха, солёность воды, реакция рН, содержание катионов и анионов, насыщенность кислородом и т.п. Наиболее важное значение для жизни играют шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Замкнутые пути, по которым химические элементы циркулируют из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду называются – биогеохимическими циклами.

Эдафические факторы , т.е. почвенные – это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие на живущие в них организмы и корневые системы растений. Хотя почва и рассматривается в качестве абиотического фактора среды, правильнее считать её важнейшим связующим звеном между биотическими и абиотическими компонентами наземных экосистем.

В состав почвы входят четыре важнейших структурных компонента: минеральная основа – неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате её выветривания (обычно 50-60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15-25%) и вода (25-35%). Органическое вещество почвы образуется при разложении мёртвых организмов, их частей и экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой , а конечный продукт разложения – гумус , аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал. Благодаря своим химическим и физическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и её аэрацию, повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

Почвенный воздух находится в порах между частицами почвы. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего воздух обеих сред имеет сходный состав. Однако в воздухе почвы из-за дыхания населяющих её организмов несколько меньше кислорода и больше двуокиси углерода, чем в атмосферном воздухе.

Вода, также как и воздух, находится в порах. Часть её может свободно просачиваться вниз до уровня грунтовых вод – гравитационная вода. Друга часть воды удерживается вокруг отдельных почвенных частиц в виде тонкой прочно связанной плёнки – гигроскопическая вода. Эта вода наименее доступна для корней растений. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную, которая удерживается между почвенными частицами силами поверхностного натяжения.

Растения легко поглощают эту воду, поэтому капиллярная вода играет наибольшую роль в регулярном снабжении их водой. Общее количество воды, которое может быть удержано почвой называется полевой влагоёмкостью .

Вода необходима всем почвенным организмам и поступает в живые клетки путём осмоса. Вода важна как растворитель для питательных веществ и дыхательных газов, поглощаемых из водного раствора корнями растений. Она принимает участие в процессах разрушения материнской породы, подстилающей почву.

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В свою очередь биотические факторы можно разделить на 2 группы: 1) факторы взаимодействия между особями одного и того же вида; 2) факторы взаимодействия между особями различных видов. Внутривидовые взаимодействия складываются из группового (объединение животных одного вида в группы по две и более особей) и массового эффекта (вызванного перенаселением среды). В настоящее время эти эффекты называются демографическими факторами, они характеризуют динамику численности популяции, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция , проявляющаяся в борьбе за пищу, территорию, партнёров по размножению и т.п.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Два вида, живущие рядом, могут быть безразличными друг к другу, влиять благоприятно или неблагоприятно Возможные типы комбинаций представлены в таблице 1.

Таблица 1

Классификация биотических взаимодействий популяций двух видов

(по Ю.Одуму, 1986)

Тип взаимодействия	Общий характер взаимодействия
Тип взаимодействия	Общий характер взаимодействия
Нейтрализм	Сожительство двух видов на одной территории не влечёт за собой ни положительных, ни отрицательных последствий для них. Виды не связаны непосредственно и даже не контактируют. Например, белки и лоси в лесу, обезьяны и слоны. Такие отношения характерны для богатых видами сообществ.
Межвидовая конкуренция	Любое взаимодействие между популяциями, вредно сказывающееся на их росте и выживании. Результатом межвидовой конкуренции может быть либо взаимное приспособление двух видов, либо замещение одного вида другим и его переселение или переход на другую пищу. Например, распределение копытных животных по ярусам питания в саванне (жираф, антилопа, носорог, слон, зебра). Или ярус тенелюбивых и светолюбивых растений в лесу.
Аменсализм	Популяция 2 подавляет популяцию 1, но сама не испытывает отрицательного воздействия. Обычно при этом происходит торможение роста одного вида продуктами выделения другого. Наиболее хорошо это явление изучено у растений, которые выделяют ядовитые вещества в борьбе с конкурентами – аллелопатия. Очень распространён в водной среде: синезелёные водоросли вызывают цветение воды, тем самым отравляя водную фауну.

Хищничество	Особи хищника 1 обычно крупнее, чем особи жертвы 2. Хищники – животные, питающиеся другими животными, которых они ловят и умерщвляют. Для хищников характерно охотничье поведение (акулы, волки, львы, змеи и т.д.). В других случаях изобилие жертв, их небольшой размер и легкодоступность (насекомые, планктон) превращает деятельность хищников (птиц, китов) в простое «собирательство» добычи. Комменсализм	Популяция 1 получает пользу от объединения с популяцией 2, для которой это объединение безразлично. Наиболее простой тип положительного взаимодействия. Чаще всего при этом организм использует жилище другого организма, не причиняя ему ни вреда, ни пользы. Например, в океанах и морях в каждой раковине поселяется масса мелких организмов, которые получают здесь укрытие, но не причиняют владельцу ни вреда ни пользы.
Протокооперация	Взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не обязательно. Например, крабы и актинии: краб «сажает» на спину кишечнополостное, которое маскирует и защищает его (имея стрекательные клетки), а оно, в свою очередь, получает от краба кусочки пищи и использует его как транспортное средство.
Мутуализм (симбиоз)	Взаимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно. Наиболее важные симбиотические системы возникают между автотрофами и гетеротрофами. Например, бактерии-азотфиксаторы и бобовые растения; жвачные животные и бактерии, обитающие в их рубце. Широко известный пример – симбиоз водоросли и гриба, в результате чего образовались лишайники . В данной таблице «0» означает отсутствие любого влияния; «+» - вид получает пользу от взаимодействия; «-» - вид получает вред от взаимодействия. Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ. По своему действию биотические и абиотические факторы можно разделить на прямодействующие (свет, тепло, плодородие почв – для растений) и косвенно действующие (они же для животных через цепи питания). Место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение в пространстве, так и функциональную роль в сообществе, а также отношение к абиотическим условиям существования называется экологической нишей . Важно подчеркнуть, что экониша – это не просто физическое пространство, занимаемое организмом, но и его роль в сообществе. Ю. Одум образно представил экологическую нишу, как «профессию» организма, а его местообитание – «адрес». Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком. Они также могут быть разделены на положительные и отрицательные. Положительные – воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, полезащитное и водоохранное лесоразведение, рекультивация земель на месте разработок полезных ископаемых и т.д. Отрицательные (негативные) – вырубка лесов, истощение запасов пресной воды, засоление и опустынивание земель, уничтожение или сокращение численности животных и растений и многое другое. Самым главным и наиболее распространённым видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение – поступление в окружающую среду любых твёрдых, жидких и газообразных веществ, энергий (звуки, шумы, излучения) или организмов (биологическое загрязнение) в количествах, вредных для состояния экосистем и здоровья самого человека. По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение. По масштабам и распространению – локальное, региональное и глобальное. Приоритет учёные-экологи отдают следующим загрязняющим веществам: - диоксид серы (вызывает так называемые кислотные дожди); - тяжёлые металлы (свинец, кадмий, ртуть); - канцерогенные вещества (бенз(а)пирен); - нефть и нефтепродукты (в океанах); - пестициды (в сельских районах); - оксид углерода и оксид азота (в городах). Весь спектр антропогенных факторов изучается прикладной экологией. Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Так, климатические факторы меняются в течение суток, сезона, года, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называются периодическими . К ним относятся климатические, гидрографические (приливы и отливы, океанические течения) и др. факторы. Факторы, возникающие неожиданно – непериодические (извержение вулканов, нападение хищника и т.п.). Такое подразделение имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям обитания, т.е. адаптации. Основные адаптации организмов наследственно обусловлены. Они формировались в ходе эволюционного развития организмов и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные. Первичные факторы существовали на Земле ещё до возникновения жизни (температура, освещённость, приливы и отливы и т.д.). Адаптации к ним наиболее древние и наиболее совершенные. Вторичные периодические факторы являются следствием и изменением первичных (влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений, и т.д.). Адаптации к ним возникли позже и не всегда чётко выражены. В нормальных условиях должны действовать только периодические факторы, а непериодические отсутствовать. Непериодические факторы могут вызвать болезнь и смерть организма (отравление насекомых-вредителей, болезнетворных бактерий и вирусов). Но длительное воздействие этих факторов может вызвать адаптацию к ним (насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы – к антибиотикам). Лимитирующие факторы ограничивают развитие вида из-за своего недостатка или, наоборот, избытка по сравнению с потребностью. Также называются ограничивающими факторами . Впервые на значение этих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX века. Он установил закон минимума : урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Например, если в почве полезные компоненты в целом уравновешены и только фосфор содержится в минимальном количестве, то это может снизить урожай. Но оказалось, что и избыток вещества может снизить урожай и, вообще, урожай зависит от совокупного действия всех факторов в жизни растения, поэтому закон минимума имеет очень ограниченное действие. Различия в совокупном и изолированном действиях относится и к другим факторам. Так, действие низких температур усугубляется ветром и влажностью воздуха. Но несмотря на взаимовлияние факторов, они не могут заменить друг друга – закон независимости факторов В.Р. Вильямса : условия жизни равнозначны, ни один из факторов не может быть заменён другим. Так, действие влажности нельзя заменить действием углекислоты или солнечного света. Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда : отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимости данного организма. Эти пределы называются пределами толерантности. Организмы, живущие в узком диапазоне между пределами толерантности, – стенобионты. А те, которые способны жить в широком диапазоне толерантности - эврибионты. Таким образом, ни один организм в природе не существует вне связей со средой своего обитания и с другими организмами. Эти связи являются основным условием функционирования экосистем. В процессе взаимосвязей происходит поглощение и рассеивание энергии и, в конечном счёте, осуществляются средообразующие, средоохранные и средостабилизирующие функции экосистем. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. Т.1-2. –М.: Мир, 1986. Бигон М., Харпер Дж., Таундсен К. Экология. Особи, популяции, сообщества / Пер. с англ.Т. 1-2. М. :Мир, 1989. Вронский В.А. Прикладная экология: учебное пособие. – Ростов н/Д.: изд-во «Феникс», 1986. Новиков Г.А. Основы общей экологии и охраны природы. – Л.: изд-во ЛГУ, 1979. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы, гипотезы). – М.: «Россия молодая», 1994. Вопросы по курсу «Экология» Понятие и предмет экологии. Этапы развития экологии. Разделы экологии. Уровни организации живого вещества. Кем и когда введены термины экология, биоценоз, биогеоценоз, экосистема. Понятие экосистемы. Виды экосистем. Структура экосистемы. Экотоп и сообщество. Автотрофы и гетеротрофы. Продуценты, консументы и редуценты. Понятие трофической цепи и трофического уровня. Трофические сети. Понятие пастбищных и детритных цепей. Примеры. Понятие сукцессии. Понятие среды обитания. Виды сред обитания. Экологические факторы и их классификация. Абиотические факторы. Биотические факторы. Примеры положительных, отрицательных и нейтральных взаимодействий. Антропогенные факторы. Лимитирующие факторы. Понятие адаптации. Понятие и виды экологического мониторинга. Что такое лишайник. Типы лишайников. Экологические группы лишайников. Зоны лишайников в городах.

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие.

Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для организма или определённой стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность организма. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толерация – терпение). Организмы с широкой амплитудой устойчивости относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий, биос – жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос – узкий). Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если существуют в условиях всего спектра факторов с оптимальными значениями.

Правило взаимодействия факторов . Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений – компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов.

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания и т.п.).

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и измэ-няются в ходе эволюции видов.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов - растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области синэко-логии.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически вся судьба живого покрова Земли и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываю 1ся в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. п.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон оптимума. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных ал-дов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например песцы з тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне око то 80°С (от +30 до -55°С), тогда как тепловодные рачки Сepilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной-для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды - выносящие значительные колебания температуры, эврибатные - широкий диапазон давления, эвригалинные - разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»-стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,- эврибионтными.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от 40 до 45 °С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

3. Изменчивость, вариабельность и разнообразие ответных реакций на действие факторов среды у отдельных особей вида. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и песси-мальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки - одного из вредителей муки и зерновых продуктов-»критическая минимальная температура для гусениц -7°С, для взрослых форм - 22 °С, а для яиц -27 °С. Мороз в 10 °С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно независимым путем. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям, а затем широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.

6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть по-

лучен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.

7. Правило ограничивающих факторов. Факторы среды, наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможность существования вида в данных условиях. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в каждый конкретный отрезок времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых - осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева - Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию, инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых.почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятель-ностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

Раздел 5

биогеоценотический и биосферный уровни

организации живого

Тема 56.

Экология как наука. Среда обитания. Факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организмы

1. Основные вопросы теории

Экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой. (Э. Геккель, 1866 г.)

Среда обитания – все условия живой и неживой природы, при которых существуют организмы и которые прямо или косвенно на них влияют.

Отдельными элементами среды являются экологические факторы:

абиотические	биотические	антропогенные
физико-хими-ческие, неорганические, факторы неживой природы: t , свет, вода, воздух, ветер, соленость, плотность, ионизирующее излучение.	влияние организмов или сообществ.	деятельность человека
прямая	косвенная
– промысел; – строительство плотин.	– загрязнение; – уничтожение кормовых угодий.
По периодичности действия – факторы, действующие
строго периодично.	без строгой периодичности.
По направленности действия
факторы направленного действия	факторы неопределенного действия
– потепление; – похолодание; – заболачивание.	– антропогенные; – загрязняющие вещества.

Адаптация организмов к факторам среды

Организмы легче адаптируются к факторам, действующим строго периодично и направленно . Адаптационность к ним наследственно обусловлена.

Трудна адаптация организмов к нерегулярно-периодическим факторам, к факторам неопределенного действия. В этом специфика и антиэкологичность антропогенных факторов.

Общие закономерности

действия факторов среды на организмы

Правило оптимума .

Для экосистемы, организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения экологического фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно.

Правило взаимодействующих факторов .

Одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Однако каждый из экологических факторов незаменим.

Правило лимитирующих факторов .

Фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и ограничивает возможность проявления силы действия других факторов (в т. ч. находящихся в оптимуме).

Лимитирующий фактор – жизненно важный фактор среды (вблизи критических точек), при отсутствии которого жизнь становится невозможной. Обусловливает границы распространения видов.

Ограничивающий фактор – фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма.

Абиотические факторы

Солнечное излучение .

Биологическое действие света обусловлено интенсивностью, периодичностью, спектральным составом:

Экологические группы растений

по требованию к интенсивности освещения

Световой режим приводит к возникновению многоярусности и мозаичности растительного покрова.

Фотопериодизм – реакция организма на продолжительность светового дня, выражающаяся изменением физиологических процессов. С фотопериодизмом связаны сезонные и суточные ритмы.

Температура .

N : от –40 до +400С (в ср.: +15–300С).

Классификация животных по форме терморегуляции

Механизмы адаптации к температуре

Физический	Химический	Поведенческий
регулирование теплоотдачи (кожные покровы, жировые отложения, потоотделение у животных, транспирация у растений).	регулирование теплопродукции (интенсивный обмен веществ).	выбор предпочтительных положений (солнечные/затененные места, укрытия).

Адаптация к t осуществляется через размеры и форму тела.

Правило Бергмана : при продвижении на север средние размеры тела в популяциях теплокровных животных увеличиваются.

Правило Аллена : у животных одного вида размеры выступающих частей тела (конечности, хвост, уши) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

Правило Глогера: виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла.

Приспособления организмов к колебаниям t среды

Правило предварения : южные виды растений на севере встречаются на хорошо прогреваемых южных склонах, а северные виды у южных границ ареала – на прохладных северных склонах.

Миграция – переселение в более благоприятные условия.

Оцепенение – резкое снижение всех физиологических функций, неподвижность, прекращение питания (насекомые, рыбы, земноводные при t от 00 до +100С).

Спячка – понижение интенсивности обмена веществ, поддерживающегося за счет запасов жира, накопленных ранее.

Анабиоз – временная обратимая остановка жизнедеятельности.

Влажность .

Механизмы регулирования водного баланса

Морфологический	Физиологический	Поведенческий
через форму тела и покровы, через испарение и органы выделения.	посредством высвобождения метаболической воды из жиров, белков, углеводов в результате окисления.	через выбор предпочтительных положений в пространстве.

Экологические группы растений по требованию к влажности

Гидрофиты	Гигрофиты	Мезофиты	Ксерофиты
наземно-водные растения, погруженные в воду только нижними частями (тростник).	наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности (тропические травы).	растения мест со средним увлажнением (растения умеренной зоны, культурные растения).	растения мест с недостаточным увлажнением (растения степей, пустынь).

Соленость .

Галофиты – организмы, предпочитающие избыток солей.

Воздух : N 2 – 78%, О2 – 21%, СО2 – 0,03%.

N 2 : усваивается клубеньковыми бактериями, в виде нитратов и нитритов поглощается растениями. Повышает засухоустойчивость растений. При подводном погружении человека N 2 растворяется в крови, а при резком подъеме выделяется в виде пузырьков – кессонная болезнь .

О2:

СО2: участие в фотосинтезе, продукт дыхания животных и растений.

Давление .

N : 720–740 мм рт. ст.

При подъеме: парциальное давление О2↓ → гипоксия, анемия (увеличение количества эритроцитов на единицу V крови и содержание Нв ).

На глубине: парциальное давление О2 → повышается растворимость газов в крови → гипероксия.

Ветер .

Размножение, расселение, перенос пыльцы, спор, семян, плодов.

Биотические факторы

1. Симбиоз – полезное сожительство, приносящее пользу хотя бы одному:
а) мутуализм	обоюдовыгодное, обязательное	клубеньковые бактерии и бобовые растения, микориза, лишайники.
б) протокооперация	взаимовыгодное, но необязательное	копытные и воловьи птицы, актиния и рак-отшельник.
в) комменсализм (нахлебничество)	один организм использует другой как жилище и источник питания	бактерии ЖКТ, львы и гиены, животные – распространители плодов и семян.
г) синойкия (квартирантство)	особь одного вида использует особь другого вида только как жилище	горчак и моллюск, насекомые – норы грызунов.
2. Нейтрализм – сожительство видов на одной территории, которое не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий.
		лоси – белки.
3. Антибиоз – сожительство видов, приносящее вред.
а) конкуренция	– –	саранча – грызуны – травоядные; сорняки – культурные растения.
б) хищничество	+ –	волки, орлы, крокодилы, инфузория-туфелька, растения-хищники, каннибализм.
	+ –	вши, аскарида, цепень.
г) аменсализм (аллелопатия)	0 –	особи одного вида, выделяя вещества, угнетают особей других видов: антибиотики , фитонциды.

Межвидовые отношения

Трофические	Топические	Форические	Фабрические
связи
Пищевые.	Создание одним видом среды для другого.	Один вид распространяет другой.	Один вид строит сооружения, используя мертвые остатки.

Среды жизни

Среда жизни – совокупность условий, обеспечивающих жизнь организма.

1. Водная среда

однородна, мало изменчива, стабильна, колебания t – 500, плотная.

lim факторы:

О2, свет, ρ, солевой режим, υ течения.

Гидробионты:

планктон – свободно парящие,

нектон – активно передвигающиеся,

бентос – обитатели дна,

пелагос – обитатели водной толщи,

нейстон – обитатели верхней пленки.

2. Наземно-воздушная среда	сложная, разнообразная, требует высокого уровня организации, низкая ρ, большие колебания t (1000), высокая подвижность атмосферы.
lim факторы:	t и влажность , интенсивность света, климатические условия.
Аэробионты

3. Почвенная среда	сочетает свойства водной и наземно-воздушной сред, колебания t невелики, высокая плотность.
lim факторы:	t (мерзлота), влажность (засуха, болото), кислород.
Геобионты, эдафобионты
4. Организменная среда	обилие пищи, стабильность условий, защищенность от неблагоприятных воздействий.
lim факторы:
симбионты

Введение

Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций.

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организмов.

Среда - одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т.е. среду своего существования.

Цель реферата - разобраться в многообразии экологических факторов среды, учитывая, что каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды и его ресурса (запаса в среде).

Среда обитания

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями .

Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими .

Экологические факторы

Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Среди них выделяют абиотические и биотические, антропогенные (рис.1).

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений . Абиотические факторы - это температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Среди них различают физические, химические и эдафические .

Рис.1.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет ожог, если очень низкая - обморожение. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т.п.

Но есть и физические факторы глобального воздействия на организмы, к которым относятся естественные геофизические поля Земли. Хорошо известно, например, экологическое воздействие магнитного, электромагнитного, радиоактивного и других полей нашей планеты.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды. Если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т.п.

Эдафические факторы, т.е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известно влияние химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические - факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Это уже факторы живой природы, или биотические факторы .

Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда возникает также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т.п.

Особо следует отметить условия микросреды под снежным покровом, которая имеет уже чисто абиотическую природу. В результате отепляющего действия снега, которое наиболее эффективно при его толщине не менее 50-70 см, в его основании, примерно в 5-сантиметровом слое, живут зимой, мелкие животные-грызуны, так как температурные условия для них здесь благоприятны (от 0 до - 2°С). Благодаря этому же эффекту сохраняются под снегом всходы озимых злаков - ржи, пшеницы. В снегу от сильных морозов прячутся и крупные животные - олени, лоси, волки, лисицы, зайцы и др. - ложась в снег для отдыха.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты - термины, предложенные Д.Б. Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличная от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны (рис.1). Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять и благоприятно, и неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

· нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

экологический фактор среда обитание

· конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

· мутуализм - виды не могут существовать друг без друга;

· протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

· комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);

· аменсализм - один вид угнетает рост и размножение другого - аменсала;

· хищничество - хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов) .

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически судьба живого покрова Земли, всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу .

Современные экологические проблемы и возрастающий интерес к экологии связаны с действием антропогенных факторов.

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Изменения факторов среды во времени могут быть:

1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане;

2) нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т.п.;

3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.п.

Такое подразделение факторов имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни. Недостаток или избыток экологических факторов отрицательно влияет на жизнь организма. Для каждого организма существует определенный диапазон действий экологического фактора (рис.2). Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Рис.2.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности.

Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов называют адаптацией (лат. Adantatuo - приспособление).

Диапазон между минимумом и максимумом экологического фактора определяет величину выносливости - толерантности (лат. Tolerantua - терпение) к данному фактору.

Разные организмы характеризуются различной величиной толерантности .