Тема 2. Основи теоретичної екології.

План теми:

2.1. Організм та середовище існування. Екологічні фактори та їх класифікація.

2.2. Угрупування та екосистеми. Структура біоценозів. Екологічні піраміди. Ланцюги та мережи живлення.

2.1. Організм та середовище існування. Екологічні фактори та їх класифікація.

Екологія синтезує аналітичні дані багатьох галузей біологічної науки і розглядає життя організмів в їх взаємозв'язку з навколишнім середовищем і між собою.

В екології під навколишнім середовищем розуміють сукупність усіх умов, в яких існують організми.

Екологічні фактори, що діють у навколишньому середовищі можна поділити на три типи:

1) Фактори неживої природи (абіотичні) - хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів); фізичні, або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, освітленість, атмосферний тиск, аерація, фізичні поля, радіаційний режим); топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря, експозиція схилу) та едафічні (механічний склад ґрунту, вологоємність) фактори впливу зовнішнього неорганічного середовища на живі організми.

2) Фактори живої природи (біотичні) - сукупність живих організмів, які своєю життєдіяльністю впливають на інші організми.

3) Антропогенні (антропічні) фактори - внесені в природу людською діяльністю зміни, що впливають на органічний світ.

Дію екологічних факторів на живі організми вивчає факторіальна екологія.

Важливим класифікаційним показником є часова динаміка екологічних факторів, особливо наявність або відсутність її періодичності (добової, сезонної, багаторічної та ін.). Фактори, зміни яких у часі повторюються регулярно, називають періодичними (наприклад, кліматичні, припливи і відпливи, океанські течії та ін.), а фактори, які виникають спорадично і діють катастрофічно - неперіодичними (виверження вулкана, напад хижака, зараження патогенними мікроорганізмами та ін.). Для нормального існування організмів у середовищі повинні діяти тільки періодичні фактори.

Кожний екологічний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. Нормальна життєдіяльність популяції можлива лише зa умови життєвого оптимуму екологічного фактора для конкретного виду, тобто сприятливого впливу фактора, який забезпечує найкращі (оптимальні) умови для життєдіяльності особин даного виду. Чим більшим є відхилення екологічного фактора від зони оптимуму, тим сильніше пригнічується їх життєдіяльність. Мінімальні і максимальні значення екологічного фактора є критичними - за їх межами життя вже неможливе.

Чим більше відхиляється інтенсивність дії того чи іншого екологічного фактора від оптимального, тим більше пригнічується діяльність деяких організмів. Межі, за якими існування організмів стає неможливим, називаються межами витривалості. Фактори, які виходять за межі витривалості (тобто за межі максимуму чи мінімуму), називаються лімітуючими або обмежуючими.

Лімітуючим може бути будь-який екологічний фактор. Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. 3 іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Проте така взаємна компенсація завжди обмежена, і жодний із необхідних для життя факторів не може замінитися іншим. Найбільш повно і в найбільш загальному вигляді всю складність впливу на організм екологічних факторів відбиває закон толерантності В. Шелфорда. Толерантність – це здатність організму переносити несприятливий вплив того чи іншого фактора середовища. Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають іноді ще екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

Організми за ставленням до характеру впливу екологічних факторів називають стенобіонтами і еврибіонтами. Стенобіонти - організми, що можуть жити лише в певних умовах середовища при дуже незначному коливанні його факторів. Еврибіонти — організми, що можуть жити в досить різноманітних умовах навколишнього середовища або при значних їх змінах. Відповідно стенобіонтні організми є більш чутливими до антропогенного тиску на навколишнє середовище.

Під впливом багатьох динамічних екологічних факторів у живих організмів виробляються адаптації. Адаптації можуть бути морфологічними, які виражені в пристосуванні будови (форми) організмів до факторів середовища, фізіологічними — пристосування травного тракту до складу їжі й екологічними - пристосування поведінки тварин до температурних умов, вологості та ін.

Види, які мають широке географічне розповсюдження, утворюють адаптовані до конкретних місць існування своєрідні популяції, які називаються екотипом, межі толерантності якої відповідають місцевим умовам. За більш глибоких адаптаційних процесів тут можуть з'явитися і генетичні раси.

Розглянемо групи факторів, об’єднаних характером походження.

Абіотичні. Серед них особливо виділяється група кліматичних факторів. Незважаючи на те що всі абіотичні фактори впливають на живі істоти комплексно, дія кожного з них нерівноцінна. Температура – один з найважливіших факторів, від якого залежить нормальний перебіг усіх життєвих процесів в організмі. Адаптації тварин до температури привели до появи холоднокровних та теплокровних тварин, які набули здатності регулювати температуру свого тіла. Світло – джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя на Землі. Вода необхідна для життя і, може бути важливим лімітуючим фактором.

Дія багатьох абіотичних факторів, включаючи рельєф, вітер, тип ґрунту тощо проявляється опосередковано – через температуру і вологість. Внаслідок цього на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть суттєво відрізнятися від середніх для даного регіону в цілому. Температура і кількість опадів визначають розміщення на земній поверхні основних природних зон. Різноманітність природних комплексів часто визначається особливостями ґрунтів, від яких залежить надходження вологи. Один і той же фактор за відношенням до різних організмів може відігравати різноманітну роль, наприклад, світло. Для рослин, наземних тварин світло є основним фактором, необхідним для існування, для ґрунтових організмів, мешканців печер цей фактор не має значення.

Екологічні фактори діють на організм різними шляхами. У найпростішому випадку має місце прямий вплив (сонячне проміння нагріває тіло ящірки). Дуже часто екологічні фактори впливають на організм опосередковано, через безліч проміжних ланок. Наприклад, поєднання високої температури повітря з низькою вологістю і відсутністю дощів призводить до посухи – вигоряє рослинність травоїдні мігрують або гинуть.

Радіаційний режим обумовлюється іонізуючим випромінюванням.

Іонізуюче випромінювання – це випромінювання з високою енергією, яке зумовлює перетворення атомів в іони. Біологічна дія випромінювання полягає в ушкодженні, збудженні молекул (у тому числі ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій. Джерелом іонізуючого випромінювання є радіоактивні речовини та космічні промені. Доза опромінення (1 рад) – це така доза опромінення, коли 1 г тканини поглинає 100 ерг енергії. Одиниця дози опромінення людини -1 бер (біологічний еквівалент рентгену); 1 бер дорівнює 0,01 Дж/кг.

Протягом року людина в середньому отримує дозу 0,1 бер, а за все життя (за 70 років) 7 бер.

Біотичні фактори являють собою форми впливу живих організмів один на одного. Основною формою такого впливу у більшості випадків є харчові зв’язки, на базі яких формуються складні ланцюги харчування. В рослинних і тваринних угрупованнях організмів виникають просторові зв’язки. Все це обумовлює формування біотичних зв’язків. Між організмами виникають різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими.

Антропогенні. Ці фактори спричинюють прямий або опосередкований вплив. Прямий вплив спрямований безпосередньо на живі організми (штучне розведення риб, птахів, охорона рослин і тварин). Непрямий вплив здійснюється шляхом змін клімату, фізичного стану та хімізму атмосфери, водойм, поверхні землі.