Тақырып: Экологиялық факторлар және олардың классификациясы.

Мақсаты: Студенттерге антропогенді факторлардың әсер ету заңдылықтары, Либихтың минимум заңы, Шелфордтың толеранттылық заңы, стенобионтты және эврибионтты организмдер, организмдердің тіршілігіндегі негізгі абиотикалық факторлардың экологиялық мәні, ортаның экологиялық сыйымдылығы жайлы білім беру

Жоспары:

1. Қоршаған ортаның экологиялық факторлары:

2. Ортаның факторларына организмдердің адаптациясы.

3. Экологиялық факторлар әсеріне организмдердің жалпы заңдылықтары: Ю.Либихтың минимум заңы және В.Шелфордтың толеранттық заңы.

Негізгі түсініктер: экологиялық факторлар, биотикалық факторлар, абиотикалық факторлар, антропогенді факторлар, толеранттылық диапазоны, оптимум зонасы, экологиялық валенттілік

1. Қоршаған ортаның экологиялық факторлары- тірі организмдерге олардың дербес дамуының бір ғана кезеңінде болса да тікелей немесе жанама әсер ете алатын, ортаның кез-келген әрі қарай бөлшектелмейтін элементі.

2.Факторлар әсер ету маусымдылығы және бағыттылығы бойынша 3 топқа бөлінеді.

1. Қатаң маусымдылықпен әсер етуші факторлар тәулік уақытының уақыты, жыл мезгілдері, келіп-кету құбылыстары т. б.)

2. Маусымдылықсыз әсер етуші факторлар - кейбір уақыттарда қайталанады - ауа-райы құбылыстары, су тасқыны, жер сілкіну, вулкан т. б.

3. Бағыттылықпен әсер етуші факторлар. Олар әдетте бір бағытта ғана өзгереді (климаттық жылынуы немесе суып кетуі, тар. бетпақталада т. б.).

4. Белгісіз әсер етуші факторлар - бұған антропогендік факторлар жатады, ағзалар мен олардың бірлестіктері үшін өте қауіпті.

Абиотикалық факторлардың тірі организмдерге әсері

Абиотикалық фактор - бұл өлі табиғат факторлары. Олар: климаттық (жарық, температура, ауа ылғалдылығы, жел, қар), эдафикалық (механикалық, химиялық құрамы, ауа өткізгіштік, ылғал сыйымдылығы, боялуы), орографиялық (бедер, экспозиция), химиялық (ауаның газдық құрамы, судың тұздық құрамы), физикалық (дыбыс, магнетизм, жылу өткізгіштік, радиоактивтілік, космостық жарық шығару) болып табылады.

Жарық

Өз уақытында француз астрономы Камиль Фламмарион (1842-1925): «Біз бұл нәрселер туралы ойламаймыз, бірақ біздің планетамыздағы жүрген, қозғалған, өмір сүргендердің бәрі Күннің балалары» деген. Шындығында да биосферадағы маңызды процесс - фотосинтез. Көзге көрінетін жарық организмде аралас іс -әрекет көрсетеді; қызыл сәуле - жылулық әрекет; көк және күлгін сәуле- жылдамдық және биохимиялық реакциялар бағытын өзгертеді.

Жарық негізінен өсімдіктердің өсуі мен дамуының жылдамдығына, фотосинтез қарқындылығына, орта температурасы мен ылғалдылығының өзгеруіне, жануарлар белсенділігіне әсер етеді.

Әрбір тіршілік орны жарықтың қарқындылығымен, сапасы мен мөлшерімен анықталатын жарық режимімен сипатталады.

Жарық қарқындылығы - энергиямен өлшенеді. Өлшем бірлігі Дж/м с; Дж/см с. Бұл фактор рельеф ерекшелігіне күшті әсер етеді. Ең қарқынды болып тура жарық саналады.

Жарық мөлшері - радиация жиынтығымен анықталады. Полюстен экваторға қарай жарық мөлшері артады. Жарық режимін анықтау үшін шағылған жарықтың мөлшерін, яғни альбедоны (А) ескеруіміз керек. Альбедо (латынның albus – ақ) түрлі беттердің шағылысу қабілетін сипатттайды. Ол жалпы радиацияның %-пен көрсетіледі және сәуленің түсу бұрышымен шағылысу бетінің қасиетіне тәуелді. Түрлі заттардың альбедолары мысалы,

таза ақ қар - 85%

лас қар - 40-50%

қара шірікті жер -5 - 14%

құм - 35- 45%

орман -10-15%

үйеңкінің жасыл жапырағы - 10%

Экологиялық фактор ретінде - жарыққа байланысты өсімдіктер: гелиофиттер, сциофиттер, факультативті гелиофиттер болып бөлінеді.

1. Гелиофиттер немесе жарық сүйгіш өсімдіктер - күн сәулесі жақсы түсетін, ашық жерлерде және орманда өте сирек кездесетін өсімдіктер. Мұндай өсімдіктің гүлдері күнбағыс, итошаған сияқты, күн көзіне қарай бағытталып өседі.

2. Сциофиттер немесе көлеңке сүйгіш өсімдіктер - күшті жарыққа төзімсіз келеді және үнемі көлеңкеде өседі. Бұларға папоротник, орман шөптері, мүк, саумалдақ және т.б. жатады.

3. Факультативті гелиофиттер немесе көлеңкеге төзімді өсімдіктер. Бұлар жақсы жарық жағдайында өседі, бірақ көлеңкелеу жерге де оңай үйренеді. Орман өсімдіктерінің көпшілігі, орман шөптері, бұталар жатады.

Өсімдіктер сияқты, жануарлар тіршілігінде де жарық үлкен орын алады. Әртүрлі жануарлар жарықтың әртүрлі спектр құрамына, қарқындылығына, оның әсер ету ұзақтығына әртүрлі жауап береді. Сондықтан жануарларды да жарыққа бейімделуіне байланысты жарық сүйгіш (фотофилді) және қараңғы сүйгіш (фотофобты) жануарлар деп екі топқа бөледі. Қараңғы сүйгіш жануарлар тұрақты қараңғыда немесе ашық күн сәулесін көтере алмайды. Бұл топқа үлкен терендіктер мен үңгірлердің мекендеушілері, жануарлар мен өсімдіктердің ішкі паразиттері, жарғанаттар, дрозофилл шыбындары және көртышқандар т.б. жатады.

Жануарлар өздерінің көру мүшелері арқылы сыртқы ортада өзінің жауларынан қорғанады, қоректік тамағын іздеп табады және әртүрлі заттардың сыртқы пішінін, оның түсін, түрін айыра біледі. Сондықтан жануарлардың көру органдарының дамуы орталық жүйке жүйесінің даму процесіне байланысты дамып отырады.

Ылғалдылық

Су тірі организмдер тіршілігіне қажетті негізгі экологиялық фактор және олардың тұрақты құрамы тірі организмдерде әртүрлі. Өсімдіктердің әртүрлі даму кезеңдерінде суға қажеттілігі бірдей емес, әсіресе әртүрлі түрлерде ол топырақ типі мен климатына байланысты өзгереді. Мысалы, астық тұқымдас өсімдіктердің қарқынды өсуімен салыстырғанда, тұқымның өсуі мен олардың пісіп жетілуі кезінде ылғалдылық аз керек. Кез келген әртүрлі өсімдіктің даму сатысы мен өсу фазаларының ерекше кезеңін бөлуге болады. Бұл кезеңде судың жетіспеуі өсімдіктердің тіршілік әрекеттеріне кері әсер етеді. Ортаның ылғалдылығы жер шарындағы организмдердің таралуы мен санын анықтайтын шектеуші фактор болып саналады.

Мысалы, шамшат өсімдігі құрғақ топырақта да тіршілік етуі мүмкін, бірақ оған ауаның жеткілікті жоғары ылғалдылығы міндетті түрде қажет. Жануарларда су алмасуын реттейтін жабын механизмдері мен өткізгіш жабын ұлпалары маңызды роль атқарады.

Су режиміне байланысты жануарлар мен өсімдіктерді бірнеше экологиялық топтарға бөледі: ылғал сүйгіш, құрғақ сүйгіш және орташа ылғалдылықты қалайтындар.

Өсімдіктер гидатофиттер, гидрофиттер, гигрофиттер, мезофиттер, ксерофиттер, суккуленттер және склерофиттер деп ажыратылады.

Гидатофиттер - (грекше hydatos – су) толығымен немесе көп бөлігі суда тұратын су өсімдіктері (элодея, су тұңғиығы және т.б. ).

Гидрофиттер - (грекше hydor – су) тек төменгі бөлігі суда тұратын жер-ауа өсімдіктері (кербезгүл, жебежапырақ).

Гигрофиттер - (грекше hydros - ылғалды) ылғалға бейімделген, батпақта, су жағалауында өсетін жер үсті өсімдіктері.

Мезофиттер (грекше mesos – орташа)- орташа ылғалды тіршілік орнының өсімдіктері. Оларға көптеген орман шөптері, ауыл шаруашылық дақылдары мен арамшөптердің көпшілігі жатады.

Ксерофиттер - (грекше xeros – құрғақ) құрғақ жерде өсетін өсімдіктер. Олар суккулент және склерофит болып екіге бөлінеді.

Суккуленттер - (грекше succulentus–шырынды) ұлпасынан көп мөлшерде су шығаруға бейімделген өсімдіктер (кактус, алоэ, агава).

Склерофиттер - (грекше skleros – құрғақ, қатты) құрғақшылыққа төзімді, су булануды тиімді ұстайтын өсімдіктер (сексеуіл, жантақ, жусан, селеу).

Ал жануарлар су режиміне байланысты гидрофилдер, мезофилдер және ксерофилдер болып бөлінеді.

Гидрофилдер - ылғал сүйгіш жануарлар (ақбас маса, былқылдақденелілер және қосмекенділер).

Мезофилдер - орташа ылғалдылықта тіршілік ететін жануарлар (түн көбелегі, көптеген бунақденелілер, құстар, сүтқоректілер).

Ксерофилдер - құрғақ сүйгіш жануарлар (түйе, шөл кемірушілері және бауырымен жорғалаушылар).

Организмнің тіршілік ортасына су экологиялық фактор ретінде үш түрлі элементтің қосылысы түрінде әсерін тигізеді: жауын –шашын, топырақтың және ауаның ылғалдығы түрінде. Өсімдіктер ылғалды топырақтан тамырымен және басқа жолдармен де сіңіре алады. Мысалы, олардың жер бетіндегі органдары немесе дене бөліктері арқылы жаңбырдың, шықтардың, ауадағы ылғалдың майда тамшыларын сіңіру қабілеттілігі болады. Көптеген құмды жерде, құрғақшылықта өсетін сексеуіл, мүк, қыналар ауадағы ылғалды өзіне оп-оңай сіңіре алады. Шөлді жерлерде тіршілік ететін көптеген жануарлар су ішпей жүре алады, оларға көбінесе жеген тамағының құрамындағы судың мөлшері жеткілікті. Мысалы, көптеген бауырымен жорғалаушылар, киіктер, түйелер денесіндегі майдың тотығуынан пайда болған сулардың көмегімен ұзақ уақытқа дейін су ішпей, тіршілік ете алады. Мысалы, 100 г май тотыққанда 107 г су бөлінеді. Егер қоректік заттардың құрамында ылғал көп болса, кемірушілердің өсуі жылдамдайды.

Температура

Жылудың тірі организмдер үшін маңызы өте зор. Себебі сол организмдердің денесінің жылуы өзі қоршаған ортаның температурасын байланысты.

Белгілі бір шекке дейін сыртқы ортаның температурасы өсімдіктердің өсуіне және дамуына, кейбір жағдайда морфологиялық белгілеріне, таралуына әсерін тигізеді.

Эволюция процестеріне байланысты өсімдіктердің де тірі организмдерге тән сыртқы ортаның қолайсыз құбылыстарынан қорғану үшін әртүрлі морфо - физиологиялық бейімделушілік қасиеттері пайда болады. Өсімдіктердің әртүрлі өсу сатысына байланысты жылу сүйгіштігі де әртүрлі. Мысалы, қоңыржай аймақта тұқымның өнуіне өте төменгі температура керек болса, ал гүлденуі үшін өте жоғары ыстық температура қажет.

Сондықтан өсімдіктерді сыртқы ортаның жылуына бейімделу дәрежесіне байланысты үш топқа бөлуге болады.

1. Суыққа төзімсіз өсімдіктер - судың қату температурасынан төменгі жағдайда тез өліп қалады немесе бұзылады. Бұлар көбінесе жаңбырлы тропикалық ормандарында және жылы теңіздерде өсетін өсімдіктер.

2. Аязға төзімсіз өсімдіктер - төменгі температураға төзімді болғанымен, ұлпаларында мұз пайда болса, өліп қалады. Бұған көбінесе мәңгі жасыл субтропикалық өсімдіктер түрлері жатады.

3. Мұзға және аязға төзімді өсімдіктер - бұлар көбінесе ауа райы құбылмалы, қысы суық жерлерде өседі, өте қатты аяздарда өсімдіктердің (кейбір балдырлар - Sphaerella nivallis; балқарағайлар - Larix dahurica; қыналар - Clodonia; екі аналықты саумалшық – Oxyria digyna және т.б.) жер бетіндегі мүшелері қатса да өзінің тіршілік қабілетін сақтайды. Аязды көтеру үшін өсімдіктер қыс жақындағаннан бастап дайындала бастайды.

Ыстыққа бейімделуіне байланысты өсімдіктерді үш топқа бөледі.

1. Ыстыққа төзімсіз түрлер - сыртқы ортаның температурасы +30°C +40°C - та даму, өсу процестері бұзылады, бұған көбінесе балдыр, суда өсетін гүлді өсімдіктер жатады.

2. Ыстыққа төзімді түрлер - бұларға ыстық күн сәулесі көп түсетін, шөл далада, құрғақ субтропикада тіршілік ететін өсімдіктер жатады. Олар +50°C +60°C ыстықта жарты сағат бойына төзіп тұра алады.

3. Ыстыққа төзімді прокариоттар - бұған ыстық сүйгіш бактериялар және көк - жасыл балдырлардың кейбір түрлері жатады. Олар температурасы +85°C +95°C ыстық суларда да тіршілік қабілетін жоймайды.

Жануарлардың өсімдіктерден айырмашылығының басты бір белгісі денесінде бұлшық еттерінің жақсы жетілуінің арқасында өздері жылуды іштен реттеп жасайды. Бұлшық еттердің жұмысы арқылы көп жылу бөлінеді. Сондықтан жануарлар өз денесіндегі жылу мөлшерін өздері реттеп отырады.

Сонымен жануарлардың жылуға бейімделуінің мынадай негізгі жолдары бар.

Химиялық реттеу - сыртқы ортаның жылуы азайғанда организмнің өзінің жылу сіңіру процесінің артуы.

Физикалық реттеу - жылудың деңгейі өзгергенде, жылуды өз денесінен шығармай ұстап тұру қабілеті.

Организмдердің мінез - құлқы- кеңістікте әрбір организмдер сыртқы ортаның жоғарғы және төменгі температурасынан сақтану үшін өздерінің мінез - құлықтарын және табиғатта таралуын өзгертіп отырады.

Ыстық температура ортасына бейімделген организмдерді - термофильді, ал салқын температураға бейімделген организмдерді - криофильді организмдер деп атайды.

Организмдер денесінің температурасы көбінесе сыртқы ортаның жылуымен реттеліп отырады, яғни сол организмдердің денесіндегі жылу сыртқы ортаның температурасына тәуелді. Мұндай организмдерді пойкилотермді организмдер немесе суыққандылар деп атайды. Суыққандылық барлық өсімдіктерге, микроорганизмдерге, омыртқасыз жануарларға және омыртқалылардың кейбір түрлеріне тән қасиет.

Тек ғана жоғары сатыдағы омыртқалылар класының өкілдері - құстар мен сүтқоректілерде өздерінің ішкі мүшелерінде жүретін биохимиялық реакциялардың арқасында жылуды түзіп, дене температурасын бірқалыпты ұстап тұра алатын қасиеті болады. Мүндай организмдер тобын гомойотермді организмдер немесе жылықандылар деп атайды .

Гомойотермияның жеке бір түрі – гетеротермиялық. Ол кейбір қыста ұйқыға кететін организмдерде болады, олар ұйықтап жатқан уақытта денесінің температурасы өзгеріп төмендейді, себебі организмдерде зат алмасу процесінің қарқындылығы төмендейді.

Жылу тепе-теңдігін ұстап тұруға сол организмнің денесі арқылы бөліп шығару процесі роль атқарады. Сондықтан тер шығару қабілеті әртүрлі организмдерде түрліше. Мысалы, адам өте ыстық күні денесінен 12 л-ге дейін тер шығарады, сөйтіп жылуды 10 есе шашыратып отырады.

Жылу тепе – теңдігін ұстап тұруға сол организмнің дене пішіні мен оның көлемінің қатынасының байланысын ең бірінші рет неміс физиологы Карл Бергман 1847 жылы дәлелдеген. Тұрақты және дене температурасы жоғары жылықанды жануарларға ыстық климатта жылуды шашырату, ал суықта керісінше жылуды ұстау, жинау пайдалы.

Бергман ережесі бойынша: «Суық жерлерді мекендеуші жылықанды жануарлар үшін ірі болу, ал жылы жерлерді мекендеуші жануарлар үшін ұсақ болу тиімді». Жануарлардың мөлшері ұлғайған сайын, оның денесінің беті, яғни ауданы екі дәрежеге, ал көлемі үш дәрежеге артады. Ол бір түрге жататын екі жануарды алсақ, үлкені суық жерді, ал денесі кішісі ыстық жерді мекендейтіні дәлелденген.

Осындай ерекшеліктерді 1877 жылы ғалым Д. Аллен де байқаған. Аллен ережесін былай тұжырымдауға болады: «Тропиктерге қарай жылжыған сайын жылықанды жануарлардың құйрықтарының, құлақтарының, аяқ-қолдарының және әртүрлі өсінділерінің, тері қатпарларының және т.б. ұзаруы байқалады». Әрине бұл мүшелердің көлемінің кішілігі суық жерде мекендейтін организмдер үшін тиімді, себебі көлемі аз болса, сонша жылу сыртқа аз шығарылып, өз денесінде ұстап тұруға көмектеседі. Ал мүшелердің көлемі үлкен болуы ыстық жерде тіршілік ететін түрлеріне пайдалы, себебі көлемі үлкен мүшелерден көбірек, артық жылу бөлініп, организмдерді артық жылудан қорғап отырады.

Сонымен, қорыта айтқанда, жер бетінде тіршілік ететін жануарлардың сыртқы ортаның температурасына төзімділігі әртүрлі болып келеді. Жануарлардың температураға төзімділік қасиеті олардың нақтылы мекеніне байланысты. Жалпы алғанда жер бетінде тіршілік ететін организмдердің көпшілігін эвритермиялық топқа жатқызуға болады