Лекция 2. Факторы среды и общие закономерности их действия на организм

1. Среда и условия существования организмов

Следует различать такие понятия как среда и условия существования организмов.

Среда – это часть природы, окружающая живые организмы, и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.

Из среды все живые организмы получают продукты, необходимые для жизни и выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов органической и неорганической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие – необходимы, а третьи оказывать отрицательное воздействие.

Условия существования или условия жизни это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве, и без которых существовать не может.

Приспособления организма к среде называют адаптацией. Способность к адаптации это основное свойство выживания и размножения. Приспособления организмов к влиянию экологических факторов складывались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений, животных и т. д.

Для экологических факторов приняты следующие классификации:

 Классификация 1 – по воздействию:

1. Абиотические:

▪ свет;

▪ температура;

▪ влага;

▪ воздух;

▪ течение;

▪ почва.

2. Биотические:

▪ влияние растений (фитогенный фактор);

▪ влияние животных (зоогенный фактор);

▪ влияние человека (антропогенный фактор).

 Классификация 2 – по времени:

▪ эволюционные;

▪ исторические.

 Классификация 3 – по периодичности:

▪ периодичные;

▪ не периодические.

 Классификация 4 – по очередности:

▪ первичные;

▪ вторичные.

 Классификация 5 – по происхождению:

▪ космический;

▪ абиотический;

▪ биогенные;

▪ биотический;

▪ биологический;

▪ природно-антропогенный;

▪ антропогенный;

▪ техногенный.

 Классификация 6 – по средам возникновения:

▪ атмосферный;

▪ водный;

▪ геоморфологический;

▪ эдафический;

▪ физиологический;

▪ генетический;

▪ популяционный;

▪ биоценотический;

▪ экосистемный;

▪ биосферный.

Абиотические факторы – это комплекс условий неорганической среды, влияющей на организм.

Биотические факторы – это совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие.

Для различных видов растений и животных условия, в которых они обитают и особенно хорошо себя чувствуют, не одинаковы. Например, некоторые растения предпочитаю влажную почву, другие сухую, одни требуют жару, другие лучше переносят холодную среду.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он ещё может существовать. Так при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, будет оптимумом. В большинстве случаев этот диапазон температур, составляющий несколько градусов, является зоной оптимума, а весь интервал температур от минимальной до максимальной, при которых ещё возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности.

Точки, ограничивающие его, т. е. максимальная и минимальная температуры, пригодные для жизни это пределы устойчивости.

В процессе роста под воздействием и влиянием температур в процессе роста у растений проявляется выносливость, т. е. выдерживается диапазон устойчивости. Если растение теряет устойчивость, оно испытывает стресс или угнетение и наступает гибель.

Свойство видов адаптироваться к факторам среды называется экологической пластичностью.

Все экологически пластичные (выносливые) виды называются эврибионтными. Маловыносливые называются стенобионтными. У эврибионтных ареал распространения шире, у стенобионтных – ограничен.

2. Совместное действие экологических факторов

Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом.

В комплексном действии среды все факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их подразделяют на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие и второстепенные). Ведущие факторы различны для разных организмов, даже если они живут в одном месте. В разные этапы жизни организмов необходим то один, то другой ведущий фактор. Например, в жизни злаковых в период прорастания семян ведущий фактором является температура, в период колошения и цветения повышенная влага, в период созревания – количество питательных веществ и влажность воздуха.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости организма, называется ограничивающий или лимитирующий.

Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны.

О лимитирующих факторах говорит закон Либиха («Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени»).

В качестве наглядности можно представить бочку, у которой образующие боковые поверхности досок имеют различную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой.

Следовательно, длина этой доски лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок иметь значение не будет. Если при выращивании растений не хватает в почве таких элементов, как бор, цинк и мы не будем добиваться их присутствия, то растения погибнут, даже если присутствие других элементов будет в избытке (закон толерантности).

Абиотические факторы

• Свет

Необходим для процесса фотосинтеза. До 5 % падающего света на растения используется для фотосинтеза. Фотосинтез – это источник для других организмов. 75 % падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию.

Свет влияет на фотопериодизм у животных (поведение в период размножения), фототаксис (нахождение подходящего местообитания). Оказывает большое влияние на сенсорные функции человека (органы зрения), а также необходим при синтезе витамина Д.

• Температура

Главным источником тепла является солнечное излучение. По требовательности к температуре все организмы делятся на холодолюбивые и теплолюбивые. Первые называются криофилы. Активность их организма происходит при температуре –8…–10 С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии. Приостановка всех жизненных процессов при понижении температуры называется анабиоз. Из анабиоза живые организмы возвращаются к нормальной жизни при условии, если не была нарушена структура макромолекул в их клетках.

У теплолюбивых или термофилов жизнедеятельность приурочена к условиям с высокими температурными границами. Например, пресмыкающиеся, жуки, бабочки выдерживают температуру +45 – +50 С, а сине-зеленые водоросли способны выдерживать температуры даже до +80 С. Оптимальные температурные границы для большинства организмов находятся в пределах +20…+25 С.

• Влажность

Без воды нет жизни на Земле. Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено. Она является основной частью протоплазмы клеток, тканей растительных и животных соков. Например, водоросли содержат до 98 % воды, моллюски – до 90 %, листья трав до – 86 % воды, листья деревьев – до 80 %, стволы деревьев – до 50 %, насекомые от 40 до 95 %, земноводные – до 95 %, млекопитающие от 60 до 80 %.

• Атмосфера

Большое значение имеют физические свойства атмосферы, т. е. воздух и его потоки. Поток воздуха (ветер) способствует распространению спор и семян у растений, оказывает влияние на миграцию животных, птиц. При недостатке насыщенности крови кислородом у человека может наступить состояние гипоксии или аноксии.

• Рельеф

Главным фактором является высота рельефа над уровнем моря. В зависимости от высоты, рельеф подразделяется на макрорельеф (горы, межгорные впадины, низменности), мезорельеф (холмы, овраги) и микрорельеф (мелкие неровности). Снижение давления с высотой несет за собой уменьшение обеспеченности кислородом, что приводит к обезвоживанию организма у животных. В зависимости от высоты происходит снижение температуры, возрастает скорость ветра, количество осадков, понижается атмосферное давление.

• Почва

Почва – это основа природы суши. В состав почвы входят 4 важных структурных компонентов: минеральная основа (обычно 50 – 60 % общего состава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (15 – 25 %) и вода (25 – 35 %).

Минеральная основа это неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Она может быть представлена различными фрагментами – от валунов и камней до песчаных крупинок и мелких частиц глины.

Органическое вещество почвы представлено животными и растениями, обитающими в почве и на почве.

Биотические факторы

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества. Виды воздействия называются коакции, они делятся на два типа взаимодействий – гомотипические реакции (воздействия между особями одного вида) и гетеротипические (взаимодействие между особями разных видов). В связи с этим выделяют следующие основные виды взаимоотношений:

1. Нейтрализм – взаимоотношения, когда оба вида независимы и не влияют друг на друга;

2. Конкуренция – взаимоотношение, когда каждый из видов оказывают неблагоприятное воздействие друг на друга. Например, в поиске пищи или укрытия;

3. Мутуализм – симбиотическое взаимоотношения, когда оба вида извлекают взаимную пользу друг от друга;

4. Комменциализм – взаимоотношения видов, при которых один из партнеров извлекает пользу, не нанося ущерб другому;

5. Аменциализм – тип межвидовых взаимоотношений, при которых в совместной среде обитания один вид попадает под давление другого, не испытывая при этом противодействия;

6. Паразитизм – отношения, при которых организм одного вида живет за счет питательных веществ другого;

7. Хищничество – взаимоотношение, когда представитель одного вида поедает представителей другого;

8. Симбиоз – неразделимые взаимополезные связи двух видов предполагающие тесное сожительство;

9. Протокооперация – совместное существование выгодное для обеих видов, необходимое для выживания;

10. Нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина;

11. Сотрапезничество – потребление разных веществ или их частей одного и того же ресурса; Трапеза

12. Квартиранство – использование одними видами других в качестве убежища или жилья.

Наибольшее влияние в наше время на окружающую природную среду оказывает антропогенный фактор. Основные формы влияния человека на растения представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные формы влияния человека на растения

Изменение ареалов растения	Непосредственное воздействие человека на растительный покров	Созданий новых местообитаний, несвойственных ненарушенной природе	Создание культурных фитоценозов	Охрана растительного покрова
Завоз растений. Сокращение ареалов растений, уничтожение растений	Распашка. Осушение. Вырубка леса. Орошение. Обводнение. Выжигание. Выпас скота. Выкашивание. Действие дымов и др. примесей	Создание отвалов и других Промышленных выпасов	Создание культурных фитоценозов	Охрана растительного покрова

Влияние человека на животный мир также может быть положительным и отрицательным. Положительная сторона: промысел, разведение, акклиматизация, охрана и защита животных, создание заповедников, заказников, мест убежища, устройство искусственных кормушек, ремез. Отрицательная: истребление, уничтожение, браконьерство и т. д.