1. Организм и условия его обитания.

Важную часть экологии составляет изучение жизненных циклов различных видов животных и растений («биономия»). Понять особенности структуры и функционирования целых сообществ без предварительного исследования потребностей и поведения доминирующих видов невозможно. Подобные исследования обычно относят к области «экологии видов» (в отличие от «экологии сообществ»).

Чтобы получить представление об особенностях экологии какого-либо вида животных или растений, необходимо обратить внимание на то, как и с какой скоростью эти организмы растут, как и чем они питаются, как размножаются, расселяются и переживают неблагоприятные в климатическом отношении периоды. Здесь необходимы наблюдения в природных условиях, а также лабораторные опыты. Пожалуй, наиболее слабое место в изучении сообществ – практическая невозможность применить экспериментальные методы к столь сложным объектам. Именно поэтому наше понимание устройства сообществ в значительной мере основывается на тех данных, которые получают при изучении отдельных популяций составляющих сообщество видов.

Смена среды обитания. В течение своего жизненного цикла особи одного вида могут менять среду обитания, входя в совершенно разные сообщества. Подобное явление наблюдается у многих насекомых, личинки которых живут, например, в воде, а взрослые особи перебираются в воздушную среду. Паразиты, меняющие в ходе развития хозяев или переносчиков, на разных его этапах тоже оказываются компонентами совершенно разных сообществ. Таковы, например, печеночные сосальщики, переходящие от водных моллюсков к обитающим на суше млекопитающим и птицам, или малярийный плазмодий – распространяемый комарами возбудитель малярии у человека и ряда позвоночных животных. Многие виды животных принадлежат к разным биологическим сообществам в зависимости от времени года, приспосабливаясь, таким образом, к сезонным изменениям климата. Самые поразительные примеры подобного рода – сезонные перелеты птиц, а также миграции некоторых млекопитающих.

Прикладные аспекты

Зимняя спячка

Зимняя и летняя спячки также имеют непосредственное отношение к экологии видов, так как члены одного сообщества могут демонстрировать совершенно разные способы переживания неблагоприятных периодов года. Спячкой называют особое физиологическое состояние организма, при котором многие обычные его функции выключаются или крайне замедляются, что позволяет животному долгое время находиться в состоянии полного покоя. Попытка точно определить понятие зимней спячки обычно приводит к чрезвычайно громоздкой и неудобной формулировке потому, что на самом деле есть множество способов, с помощью которых животные могут пережить трудный зимний период. Например, едва ли можно говорить о настоящей зимней спячке медведей, поскольку температура тела у них в этот период практически не снижается. Состояние полного оцепенения у американского лесного сурка, зимний сон медведя, сезонная смена меха и изменения в поведении зайцев – все это примеры, иллюстрирующие разные способы решения одной и той же проблемы, а именно приспособления к сезонным циклам. Как еще один такой способ можно рассматривать сезонную миграцию животных в районы с более благоприятным климатом. Исследованием механизмов зимней спячки занимаются главным образом физиологи, поскольку это требует лабораторных исследований находящегося в спячке животного, а также прямых экспериментов по выявлению факторов, определяющих начало и окончание зимнего покоя. Наши представления об этих механизмах далеко не полны – возможно, по той причине, что сама проблема находится на периферии физиологии и экологии и изучается недостаточно. Существуют различные теории, объясняющие механизмы наступления спячки, ее протекания и выхода из спячки, причем не исключено, что факторы, контролирующие эти процессы, у разных видов – разные. Наиболее важную роль играют изменения температуры, условий питания, обеспеченности животного жировыми запасами, а также длина светового дня. Если теплокровные животные могут впадать или не впадать в спячку, то холоднокровные, например насекомые в условиях умеренных широт, неизбежно должны находиться в состоянии покоя зимой, так как нормальные метаболические процессы просто не могут протекать при столь низких температурах. Большинство видов насекомых переживают зиму на стадии яиц. Впрочем, и у многих других животных яйцо является именно той стадией жизненного цикла, которая наилучшим образом приспособлена к задержке развития. То же самое можно сказать о семенах и спорах растений. В определенном смысле растения напоминают холоднокровных животных: из-за низких температур нормальный метаболизм этих организмов зимой невозможен. Кроме того, растения очень чувствительны к потерям влаги в процессе транспирации, а зима оказывается периодом засухи, поскольку вода в жидком состоянии в это время года в умеренных широтах обычно недоступна. В ходе эволюции многолетние растения адаптировались к смене сезонов, сбрасывая на зиму листья и образуя хорошо защищенные почки, находящиеся в состоянии покоя.

Любопытно, что сохранение растений в умеренном климате зимой, а в тропиках в сухой и жаркий сезон обеспечивается в сущности одними и теми же механизмами. Летняя спячка (эстивация). Так называемая диапауза (временная остановка развития), наблюдаемая у насекомых и других беспозвоночных иногда без видимой связи с изменениями факторов внешней среды, давно служит предметом исследований экологов и физиологов. Как частный случай диапаузы можно рассматривать и эстивацию (летнюю спячку), служащую для переживания жары и засухи. Эстивация очень распространена среди насекомых, особенно у обитающих в тропиках. Подобно зимней диапаузе, летняя чаще всего наблюдается на стадии яиц, хотя в некоторых случаях к этому состоянию адаптированы личинки и даже взрослые особи.

Распространение.

Изучение географического распространения животных и растений тоже входит в сферу интересов экологии. Традиционная зоогеография отличается от экологии тем, что опирается прежде всего на данные геологической истории Земли и уделяет особое внимание распределению крупных таксономических групп по основным биогеографическим регионам. В ряде случаев такой подход совершенно необходим. Так, не зная истории континентов, невозможно понять, почему в настоящее время сумчатые млекопитающие встречаются только в Австралии и Америке.

Однако современные границы распространения видов зависят почти исключительно от экологических факторов. Чтобы установить причины того или иного распространения отдельных видов или целых сообществ, необходимо выявить основные лимитирующие факторы. Например, северная граница встречаемости какого-либо вида насекомых в Северном полушарии нередко определяется тем, есть ли у данного вида механизм переживания продолжительной холодной зимы. Насекомые, не способные впадать в диапаузу на зимний период, вынуждены обитать только в тех областях, где климат позволяет сохранять активность в течение всего года. Географическое распространение растений определяется главным образом основными климатическими зонами и характером почв.

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда — это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Любое живое существо живет в сложном, постоянно меняющемся, мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответ­ствии с его изменениями.

Живые организмы существуют как открытые, подвижные системы, устойчивые, при притоке к ним энер­гии и информации из окружающей среды.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные сферы обитания, каждая из которых отличается совокупностью специфических факторов и элементов, воздействующих на организм.

Жизнь возникла и распространилась в водной среде. Впоследствии, с появлением фотосинтеза, а следовательно, и свободного кислорода сначала в воде, а затем и в атмосфере, живые организмы «вышли» на сушу, овладели воздушной средой, заселили почву.

С появлением биосферы как части оболочек Земли, населенной живыми организмами, она стала еще одной средой с определенным сочетанием специфических— биотических факторов, воздействующих, на организм.

Приспособление организмов к воздействию факторов окружающей среды называется адаптацией. Способность к адаптации — одно из важнейших свойств живого. Выживают только приспособленные организмы, приобретающие в процессе эволюции признаки, полезные, для жизни. Эти признаки закрепляются в поколениях благодаря способности организмов к размножению.

Адаптация к факторам среды проявляется на разных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, популяционно-видовом, биоценотическом и глобальном, т. е. на уровне био­сферы в целом.

Экологический фактор — элемент среды обитания, способный оказывать прямое влияние на живой орга­низм хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы — это всё возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние живых существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов —растениями, животными, микроорганизмами зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Например, растения в процессе фотосинтеза выделяют -кислород, необходимый для дыхания животных, а животные обеспечивают поступление в ат­мосферу углекислого газа, без которого растения нe могут осуществлять фотосинтез. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении окружающей среды, например в изменении состава почвы под влиянием бактерий или изменения микроклимата в лесу. Окружающий органический мир -составная часть среды обитания для каждого живого существа.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций биоценозов и биосферы в целом.

Абиотические факторы—это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности и др. Важнейшим абиотическим фактором является солнечное излучение от которого зависит фотосинтез, создание биомассы растениями, от наличия которой за­висит жизнь на Земле.

Вода также является важным абиотическим фактором. Для нормальной жизнедеятельности растений и животных должен постоянно поддерживаться баланс между потреблением воды и ее испарением.

Антропогенные — это факторы, обусловленные воздействием человека на природу.

Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К Прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений; так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогейных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Некоторые факторы среды остаются относительно постоянными на протяжений длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов — температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим, согласно другой классифи­кации, экологические факторы делят:

— на регулярно-периодические, меняющие силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане;

— нерегулярно-периодические, явления катастрофического характера — изменение погодных условий в разные годы, бури, ливни, наводнения и т. д.

Любая особь, популяция, сообщество испытывает на себе действие многих факторов. Каждый экологический фактор оказывает на организм совершенно определенное воздействие. Это могут быть раздражающие воздействия, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биологических функций; ограничители, обуславливающие невозможность существования в данных условиях; модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов.

Однако лишь некоторые из экологических факторов являются жизненно важными. Такие факторы называются лимитирующими или ограничивающими.

Отсутствие этих факторов или их концентрация выше или ниже критических уровней делает невозможным освоением среды особями определенного вида. Ограничивающие факторы определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так продвижение растений на север ограничивается недостатком тепла, продвижение растений на юг — недостатком влаги. Ограничивающими могут быть и биотические факторы, например занятость территории более сильным конкурентом или отсутствие опылителей растений.

В соответствии с этим, для каждого экологического вида существует оптимум экологического фактора и пределы выносливости.

Величина экологического фактора, наиболее благоприятная для существования и развития вида, называется оптимумом.

Как недостаточное, так и. избыточное значение фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы. Максимально и минимально переносимые значения фактора это критические точки, за пределами которых невозможно существование вида.

Виды, переживающие значительные отклонения факторов от оптимальной величины, называются широко приспособленными или эвритопными.

Виды, переживающие лишь незначительные отклонения экологических факторов от оптимальной величины, называются узкоприепособленными или стенотопными. Пределы выносливости между критическими точка­ми называют экологической валентностью. Другими словами, экологическая валентность характеризует спо­собность, видов осваивать разные среды обитания.

Степень выносливости, критические точки, зона оптимума не совпадают для отдельных особей даже одного вида. Это определяется изменчивостью (наследственной и модификационной), половыми, возрастными и физиологическими различиями особей, т. е. экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности особей.

Степень выносливости к какому-либо фактору не совпадает с экологической валентностью вида к другим факторам. Например, виды переживающие, зна­чительные колебания температуры, могут оказаться неприспособленными к широким изменениям влажности или химического состава среды.

Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к одному фактору среды могут изменяться в зависимости от силы воздействия совокупности других факторов. Эта закономерность получила название закон взаимодействия факторов. Например, жара легче переносится при низкой влажности воздуха, низкие температуры — в безветренную, сухую погоду и т. д. Человек в окружающей среде, с одной, стороны, является объектом воздействия экологических факторов, с другой— сам оказывает воздействие на среду. С этой точки зрения для человека и человечества в целом характерны принципиальные особенности.

Важная черта Человека как экологического фактора заключается в осознанности, целенаправленности и массированности воздействия на природу.

Любой биологический вид имеет ограниченные энергетические ресурсы, что, лимитирует его воздействие на среду. Например, зеленые растения используют энергию Солнца, консументы — часть энергии органических веществ, образуемых организмами предшествующего трофического уровня. Человечество в про­цессе трудовой и интеллектуальной деятельности рас­ширяет круг доступных источников энергии вплоть до использования ядерных и термоядерных реакций. Это позволило людям преодолеть естественные огра­ничения роста их численности. Прирост народонаселения, энергообеспеченности, технической вооруженности людей создает предпосылки для заселения любых экологических ниш .Человечество представляет единственный на Земле вид с всесветным распространением. Это превращает человека в экологический фактор, с глобальным распространением влияния.

Благодаря воздействию на все главные компоненты биосферы влияние человечества достигает самых отдаленных экологических зон планеты. Примером может служить обнаружение ДДТ в печени пингвинов и тюленей, отловленных в Антарктиде, где никогда не применялись инсектициды.

Особенностью человека как экологического фактора является также активный, творческий характер его деятельности: Энергия, которую использует человек, обращается на изменение среды обитания. Эко­логический оптимум человека как существа биологического ограничен, в связи с этим возможность существования в различных средах, обитания достигается не путем изменения собственной биологии, а путем изменения окружающей среды. Человек в результате трудовой деятельности создает вокруг себя искусственную среду, обитания. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, доминирующим экологическим фактором в которых является человек .

B результате человеческой деятельности происходят изменения физической среды — газового состава воздуха, качества воды и пищи, климата, потока солнечной энергии и других факторов, которые отражаются на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся экстремальных условиях затрачивается много сил и средств на искусственное создание и поддержание оптимальных условий среды.

Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются не биологическими, потребностями человека, а непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Например, строительная и горнодобывающая техника ежегодно перемещает на поверхность Земли больше материала, чем сносится в море всеми реками мира в результате водной эрозии. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и мирового океана.

В.И. Вернадский в первой половине XX века предсказывал развитие биосферы в ноосферу-сферу разума. Определяя сегодняшний этап, в развитии биосферы и человеческого общества, можно сказать, что технологические и антропогенные процессы играют все возрастающую роль.

В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные.резервы саморегуляции. Для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вме­шательство в процессы, протекающие в биосфере. Стратегию такого вмешательства может определить экология, опирающаяся на достижения естественных и социальных наук.

Экологический волюнтаризм — это результат отсутствия экологического мышления, который отрицая необходимость учета эколого-экономических ограничений в развитии хозяйства, приводит к локальным, региональным, а затем и глобальным экологическим кризисам типа усыхания Аральского моря, нарушения экологического равновесия в некоторых регионах, деградации черноземов, расширения "озоновых дыр".

Понимание глубинных процессов воздействия на природу, прогнозирование «обратных связей», планирование и установление оптимальной нагрузки на окружающую среду со стороны хозяйственной деятельности, соблюдение принципа сохранения окружающей среды, укладываются в концепцию экологического реализма.

3.Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда. Диапазон толерантности.

Само присутствие и процветание организма в данном местообитании зависят от целого комплекса условий. Отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Всякое условие, которое приближается к пределам толерантности или выходит за эти пределы, называется лимитирующим условием или лимитирующим фактором.