Глава 10. Основные понятия общей экологии

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

В земных условиях существует четыре среды обитания:

1. водная.

2. наземно-воздушная.

3. почвенная.

4. тело другого организма, используемое экто - и эндопаразитами.

Приспособление организмов к среде носит название "адаптация". Способность к адаптации - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптация проявляется на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.

Основные пути адаптации организмов к неблагоприятным условиям среды.

Активный путь - это усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на отклонение фактора оптимума. По отношению к температуре этот путь особенно ярко проявился в способности теплокровных животных поддерживать постоянную температуру.

Пассивный путь - подчинение жизненных функций организма изменению факторов внешней среды. При недостатке тепла это приводит к угнетению метаболизма и жизнедеятельности, при этом повышается устойчивость клеток и тканей организма.

Поведенческий путь - разнообразие форм поведения, позволяющее избегать неблагоприятных воздействий. Выработка жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии развития завершаются в самые благоприятные периоды.

Адаптивные биологические ритмы организмов. Одно из фундаментальных свойств природы - цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на земле от клетки до биосферы подчинена определенным ритмам. Природные ритмы подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние циклы это, прежде всего, физиологические ритмы организма. Ритмичность выявлена в процессах синтеза ДНК, РНК, белков, деятельности митохондрий. Определенному ритму подчиняется деление клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и тканей организма. При этом каждая система имеет свой период, изменить который воздействие факторов внешней среды может лишь в узких пределах. Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему общей периодичности поведения организма.

Внешние ритмы, в основном, имеют географическую природу, т. к. связаны с вращением земли относительно Солнца и Луны. В результате множество экологических факторов (световой режим, температура, влажность, океанические приливы и отливы) закономерно изменяются.

Кроме этого, внешними факторами для любого организма являются закономерные изменения активности и поведения других живых существ. В процессе эволюции внутренние ритмы живых организмов адаптировались периодичности внешних циклов. Выделяют следующие адаптивные биологические ритмы - суточные, приливно-отливные и годичные.

Суточные ритмы проявляются в периодическом чередовании активности и отдыха. У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых периодичностью: сон и бодрствование, изменения температуры тела, ритма сердечных сокращений, глубины и частоты дыхания, объема и химического состава мочи, потоотделения, мышечной и умственной работоспособности.

У многих видов периоды активности приурочены к определенному времени суток, по смене периодов сна и бодрствования животных делят на дневных и ночных.

Даже при полном постоянстве внешних условий (в эксперименте) суточные ритмы длительное время сохраняются, что свидетельствует о том, что суточная цикличность стала врожденным генетическим свойством вида. Такие ритмы получили название циркадных ритмов, которые еще называют биологическими часами.

Годичные ритмы.

Адаптация организмов к географическим изменениям в течение года привела к появлению годичной цикличности поведения организмов, проявляющейся в периодичности размножения, миграции, роста переживания неблагоприятных периодов года. Частным проявлением годичной цикличности является фотопериодизм.

Экологические факторы - отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организм.

Экологические факторы разделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - это все влияющие на организм элементы неживой природы: температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности и т.д.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других видов - растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человека, человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов и самого человека или непосредственно сказывающиеся на их жизни.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. п.

Некоторые экологические факторы остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени эволюции видов: сила тяготения, солевой состав океана, основные свойства атмосферы. Однако большинство экологических факторов изменчивы в пространстве и во времени.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов в характере их взаимодействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Закон оптимума

Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Зона оптимума (или оптимум) экологического фактора - благоприятная сила воздействия для организмов данного вида.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно и наступает смерть. Пределы выносливости за критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга и по оптимуму и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости третьего.

Широкую экологическую валентность вида к абиотическим факторам обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври". Виды, выносящие значительные колебания температуры, - эвритермные, давления - эврибатные, засоления среды - эвригалинные.

Узкая экологическая валентность характеризуется приставкой "стено" соответственно стенотермные, стенобионтные и т.п.

Аналогично, виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называются стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, - эврибионтными. Действие одного и того же фактора на разные функции организма неоднозначно. Оптимум для одних процессов является пессимумом для других.

Абиотические компоненты экосистемы подразделяются на климатические, почвенные, ландшафтные и другие физические факторы.

Климатические факторы

Свет. Солнечный свет - основной источник энергии, обеспечивающий все жизненные процессы на Земле. Если принять солнечную энергию, достигающую Земли за 100%, то 19% ее поглощается при прохождении через атмосферу, 34% отражается обратно в космическое пространство и 47% достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая солнечная радиация - это электромагнитное излучение с длинами волн от 0,1 до 30000 нм. На ультрафиолетовую часть спектра приходится от 1 до 5%, на видимую - от 16 до 45% и на инфракрасную - от 49 до 84% потока радиации, падающего на Землю. Распределение энергии по спектру зависит от массы атмосферы и высоты солнца.

Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы:

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ).

До поверхности Земли доходят только длинноволновые (290 - 380 нм) УФЛ. Губительные для всего живого коротковолновые УФЛ поглощаются на высоте около 20-25 км озоновым экраном.

Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие - необходимы многим видам. В диапазоне 250-300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие, у животных и у человека вызывают образование «антирахитического» витамина Д. При длине волны 200-400 нм ультрафиолет вызывает у человека загар, который является защитной реакцией кожи.