2. Вплив середовища на організми.

Кожна конкретна популяція присутня в біогеоценозі не випадково: вона виконує певні функції в трофічних ланцюгах; вона певним чином пристосована до умов середовища; вона займає в біогеоценозі певний простір. Ці три поняття — «професія» виду в екосистемі, його ставлення до факторів зовнішнього середовища (температури, світла, вологості, джерел живлення та інших — так звана багатовимірна ніша) та «адреса» — були об'єднані американським екологом Ю. Одумом у термін екологічна ніша. Саме екологічна ніша визначає екологічний діапазон певного виду стосовно факторів зовнішнього середовища. Діапазон значень будь-якого фактора, в межах здатні існувати, позивають діапазоном толерантності.

Х оча діапазони толерантності в різних видів свої, проте криві, що описують ці діапазони, подібні(рис.1.). Якщо на осі абсцис відкласти діапазон значень якого-небудь фактора, а на осі ординат — інтенсивність розвитку виду, то залежність між цими параметрами описуватиметься дзвоноподібною кривою. Діапазон фактора, який зумовлює верхню частину кривої, називають зоною оптимуму даного фактора для даного виду. Нижні частини «дзвона» - це зони зниження життєдіяльности або зони песимуму Області значень фактора, де інтенсивність розвитку виду дорівнює нулю, - це зони смерті (так звані летальні зони), в межах яких даний вид існувати не може.

Діапазон зони оптимуму є критерієм визначення екологічної валентності виду. Види з широкими зонами оптимуму (високою екологічною валентністю) називають евритопними, тобто пристосованими до змін значень даного фактора в широких межах. Види з вузькими зонами оптимуму називають стенотопними. Види з широкою екологічною амплітудою одразу за багатьма факторами середовища часто називають убіквістами. Зазвичай у разі виходу екосистеми з рівноважного стану більш стенотопні види першими випадають із біогеоценозів, і саме ці види дають змогу помітити початок сукцесійних змін у біогеоценозі. Цю особливість стенотопних видв широко використовують для біологічної індикації стану середо вища.

Отже, для кожного виду організму існує:

• зона оптимуму (організм існує в найсприятливіших для розвитку умовах);

•зона песимуму (стресова зона);

•діапазон стійкості, за межами якого організм гине (стосовно кожного чинника середовища).

Саме з цього виходить закон обмежувальних чинників (закон Лібіха): «Навіть єдиний чинник за межами зони свого оптимуму викликає стресовий стан організму, а поза межами стійкості — загибель».

3.Типологія організмів за ступенем впливу окремих компонентів середовища.

Температура. У природному середовищі спостерігаються широтні, сезонні, добові, висотні, глибинні, мікрокліматичні та інші температурні зміни. Для оцінки температурного режиму використовують такі характеристики:

• середньорічні температури;

• суму активних температур понад +10°С;

• радіаційний баланс.

Залежно від того, наскільки рослинам необхідне тепло, їх поділяють на:

• термофільні (теплолюбні) — пальма, фікус, цитрусові;

• кріофільні (холодостійкі) — рослини тундри та альпійських зон;

• мезотермні — рослини помірного клімату.

Тварин за ставленням до тепла поділяють на типи:

• гомойотермні (ендотерми, або теплокровні) — регулюють і підтримують сталу температуру тіла (ссавці, птахи);

• пойкілотермні (ектотерми, або холоднокровні) — змінюють температуру відповідно до температури навколишнього середовища (земноводні, плазуни).

Теплокровні тварини регулюють температуру зміною швидкості обміну речовин; в арктичній зоні хімічна терморегуляція невигідна, тому тварини виробили чимало пристосувань для збереження теплоти (фізична терморегуляція) — пух, пір'я, довге хутро. «Якщо два близьких види чи підвиди одного виду відрізняються розмірами, то більший живе в холодніших, а менший — у тепліших кліматичних умовах» (правило Бергмана).

Найнижчі температури (-200°С) витримує насіння рослин. На океанічному дні в місцях виходу гарячих джерел, температура яких досягає 360°С, існують донні екосистеми, основою функціонування яких є хемосинтетики — бактерії, що утворюють біомасу, окисленні Н₂S до сульфатів.

Риби обживають водойми з різним температурним режимом. За здатністю витримувати коливання температур риб поділяють на:

• евритермних (грец. еври — широкий), що можуть жити в широкому проміжку температур (щука, карась, короп);

• стенотермних (грец. стена — вузький), пристосованих до малого температурного режиму, — риби тропічних і полярних зон та риби значних глибин, де температура мало змінюється.

Вода має багатопланове значення в житті рослин:

• є середовищем для існування водяних рослин і водоростей;

• становить основу організму;

• визначає тургор;

• забезпечує охолодження (при випаровуванні води масою 1 г тіло втрачає 2430 Дж енергії; одна рослина соняшника чи кукурудзи випаровує за вегетаційний період близько 200 кг води);

• встановлює йонний баланс;

• визначає газообмін і засвоєння вуглекислого газу;

• є джерелом водню для світлової фази фотосинтезу (на синтез 1 г органічної речовини рослина витрачає 300-500 г води);

• забезпечує транспортування поживних речовин і всмоктування їх із ґрунту;

• виводить із рослини продукти метаболізму;

• визначає стан і стійкість за екстремальних умов.

Вміст вологи в ґрунті забезпечує надходження поживних речовин з ґрунтового розчину і ґрунтового вбирного комплексу до коренів рослин. З усієї одержаної рослиною води на утворення органічних речовин у процесі фотосинтезу витрачається лише 0,2%, решта йде на випаровування, яке є рушійною силою в піднятті поживних розчинів з коренів до всіх частин рослини та захищає рослину від перегрівання.

За водним режимом усі організми поділяють на:

• пойкілогідричні, в яких немає вакуолей і вміст води змінюється відповідно до зовнішнього середовища (водорості, лишайники);

• гомойогідричні, що мають вакуолі і підтримують сталий вміст води (судинні рослини і тварини).

За потребою у воді рослини поділяють на:

• ксерофіти — рослини, що ростуть в умовах посушливого клімату (кактуси, ковила),

•мезофіти — потребують середнього вмісту води (бук, граб),

•гігрофіти — ростуть у вологих місцях (сусак зонтичний,рогіз),

•гідрофіти — водяні рослини (рдест, латаття біле).

Світло — один із найважливіших для рослин абіотичних чинників середовища, оскільки завдяки йому відбувається найважливіший на Землі процес — фотосинтез. На розвиток рослин впливає: інтенсивність сонячної радіації, розподіл світлових умов у часі, якісний склад світла (найважливіша для фотосинтезу частина спектра є лямда = 380-710 нм, яку називають фотосинтетично активною радіацією).

За необхідністю світла рослини поділяють на:

• світлолюбні (геліофіти) — рослини, які ростуть на освітлених місцях: трави степів і лісів, лишайники па голих скелях, водяні рослини з плаваючим на поверхні листям;

• тіневитривалі (факультативні геліофіти) — мають широку екологічну амплітуду щодо освітлення,

• тінелюбні (сціофіти) — полюбляють незначну освітленість і ростуть у нижніх ярусах (зелені мохи, плауни).

Велике значення для розвитку рослий має і тривалість світлового дня. Реакцію на тривалість освітлення називають фотоперіодичною реакцією. Рослини довгого дня — переважно рослини типу С₃, у яких відновлення, карбону відбувається за циклом Кальвіна; вони розквітають лише тоді, коли тривалість дня перевищує 12 год. Рослини короткого дня — рослини типу С₄ (відновлення карбону здійснюється ще й за циклом Хетча-Слека); квітнуть при 12-годинному освітленні і меншому, оскільки ефективність поглинання ними СО₂ більша.

У пошуках кращого освітлення рослина, наприклад соняшник, може повертати до Сонця стебло чи листя — явище геліотропізму. Насіння чорнушки проростає лише в темряві. Окремі рослини (матіола, мильнянка) квітнуть увечері і вночі, оскільки їх запилювачами є нічні комахи; вони мають переважно біле забарвлення. При проходженні сонячних променів крізь товщу води хвилі з різною довжиною по-різному поглинаються, тому вище розміщуються зелені, нижче бурі, а найглибше — червоні водорості.

По-різному реагують на світло і тварини: кроти живуть у землі і позбавлені сонячного світла; сови і кажани ведуть нічний спосіб життя. Тварини використовують світло для орієнтації. До фотофілів (грец. фотос — світло і філ — любити, фоб - боятись) належить півень, до фотофобів — кажани.

Хімічні чинники. До них належить хімічний склад навколишнього середовища: в ґрунті це вміст поживних для рослин речовин, рН, вологість, концентрація гумусу, наявність забрудників; у повітрі — вміст вуглекислого газу, кисню; у воді — токсичних речовин тощо. Зокрема:

• збалансованість вмісту в ґрунті біофільних макро- і мікроелементів забезпечує його родючість;

• лише галофіти можуть рости на засолених ґрунтах завдяки існуванню спеціальних механізмів, що не пропускають сіль у клітину, зменшують її концентрацію розбавлянням чи накопичують сіль у клітинних вакуолях;

• у місцевостях, де в повітрі підвищений вміст оксидів сірки, не ростуть лишайники.

Механічні чинники. Вітер формує крони дерев, бере участь у запиленні ранньоквітучих рослий (ліщини, вільхи) та поширенні насіння рослин (ясен, кульбаба). З'їдання і витоптування рослин на луках змінює співвідношення між видами (деякі рослини, зокрема відкасник, будяк, захищаються від виїдання голками, молочай — гірким соком), сприяє посиленню вітрової і водної ерозії.

Пожежі (верхові) можуть повністю знищити ліс; низові ж часто навіть корисні — гинуть фітофаги, що живуть в опалому листі і хвої, розкриваються шишки деяких шпилькових порід.