2.2) Энергия в экосистемах. Жизнь как термодинамический процесс

Жизнь - это единственный на Земле естественный самопроизвольный процесс, в котором энтропия системы уменьшается. Почему это возможно?

Все живые системы являются открытыми для обмена энергией. В окружающей их среде есть огромное количество даровой энергии Солнца (даровой энергии), а в составе самой живой системы есть компоненты, обладающие механизмами, позволяющими эту энергию улавливать (извлекать), концентрировать, а затем снова рассеивать в окружающую среду. Рассеивание энергии, то есть увеличение энтропии, - это процесс, характерный для любой системы, как неживой, так и живой, а самостоятельное улавление и концентрирование энергии - это способность только живой системы. При этом происходит извлечение порядка, организации из окружающей среды, то есть выработка отрицательной энергии - негоэнтропии. Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет к уменьшению энтропии живой системы, противодействует ее уравновешиванию с окружающей средой, то есть росту энтропии, что для живой системы при достижении максимальной энтропии - равновесия с окружающей средой - означает смерть.

Сначала улавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одного трофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности, организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии. Для поддержания низкой энтропии в равной степени важно, чтобы у элементов системы были эффективные механизмы как для улавливания и концентрации энергии - извлечения негоэнтропии из окружающей среды, так и для рассеивания ее в окружающую среду - освобождение от накапливающейся положительной энтропии. В таком сочетании они есть только в живых системах. Поэтому жизнь как термодинамический процесс представляет собой непрерывный обмен живых систем с окружающей средой, при котором происходит освобождение от производимой положительной энтропии и извлечение отрицательной, то есть порядка и организации.

2.3) Экологические факторы действия

Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов — последовательности изменений за определённое время.

2.3.1) Абиотические факторы

• Абиотические — факторы неживой природы:

  • климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

  • эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

  • орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

  • химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

  • физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

2.3.2) Биотические факторы

• Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

  • фитогенные — влияние растений

  • микогенные — влияние грибов

  • зоогенные — влияние животных

  • микробиогенные — влияние микроорганизмов

2.3.3)Закон лимитирующего фактора

Закон минимума Либиха, согласно которому рост растений ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме. Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей. Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня, или превосходит максимально выносимый предел. Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться  в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими или нет.

Следствие из закона Либиха: недостаток или чрезмерное обилие какого-либо лимитирующего фактора, может компенсироваться другим фактором, изменяющим отношение организма к лимитирующему фактору.

2.4) Приспособление живых организмов к экологическим факторам.    Способность видов адаптироваться к отдельным факторам или, их комплексу называется  экологической валентностью  или  пластичностью.  В зависимости от пластичности видов меняется их способность выживать в условиях меняющихся факторов для приспособленных к широким изменениям температур видам применяют термин  "эвритермные” (от греч. "эври” – широкий), для неприспособленных – "стенотермные” (греч. "стенос” – узкий). Для приспособленных к динамическим факторам среды – "эвритопные” ("топос” – место), к неприспособленным – "стенотопные”.    Требовательность и толерантность к факторам среды определяет область географического распространения особей рассматриваемого вида вне зависимости от степени постоянства их обитания, т. е.  ареал вида.    Динамичность экологических факторов во времени и пространстве зависит от астрономических, гелиоклиматических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов в процессе эволюции и естественного отбора на генетическом уровне. Выработанные в процессе эволюции и закрепленные в наследственной информации особенности живых организмов, обеспечивающих их нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов, называются  адаптациями.      Адаптации могут быть разных видов:

• морфологические адаптации -приспособление строения организмов к среде;

• физиологические адаптации  - приспособление пищеварительного тракта к составу пищи. -

• поведенческие  (этологические)  адаптации  - это приспособление поведения животных к различным условиям среды .

   Особенности поведения животных направлены на избежание угрозы оказаться в экстремальной ситуации. При этом сформулирован  принцип минимальной амплитуды, согласно которому организм при прочих равных условиях выбирает такое место обитания, в котором обеспечивается минимальная амплитуда колебаний одного или нескольких лимитирующих факторов.