Весна Сборник тестовых заданий по екологии 2012

ет наиболее полноценное существование и процветание популяции. Он включает значения абиотических факторов, позволяющих выжить меньшей по численности популяции. Когда предел толерантности превышается – выживают лишь несколько организмов или гибнет вся популяция.

Например, несмотря на то, что температурные пределы существования жизни довольно значительны, большинство видов организмов и большая часть их активности приурочены к существенно более узкому диапазону температур.

Ещё более парадоксальная ситуация связана с солнечным излучением. В отношении солнечного света организмы стоят перед дилеммой: с одной стороны, прямое воздействие УФ участка солнечного спектра на протоплазму смертельно для организма, с другой – свет служит первичным источником энергии, без которого жизнь невозможна. Многие морфологические и поведенческие особенности организмов связаны с решением этой проблемы: как спрятаться от губительной солнечной радиации, но получить необходимую солнечную энергию.

Таким образом, солнечный свет – это не только жизненно важный фактор, но и лимитирующий, причём и с точки зрения максимального воздействия, и с точки зрения минимальной недостаточности. При световой энергии 20–40 кал/(см2∙ч) происходит максимальный фотосинтез для морского фитопланктона, наземных деревьев и других продуцентов. При высокой интенсивности света ослабляется синтез белка, поэтому в тропиках трудно получить высокие урожаи, богатые белком. А максимум продукции фотосинтеза в океане приходится не на поверхностный слой, а на слой, лежащий несколько ниже.

Организмы в биосфере Земли не являются только рабами физических условий окружающей среды: они приспосабливаются сами и изменяют условия среды так, чтобы ослабить влияние лимитирующих факторов. Биологическая регуляция геохимической среды и общая роль живых организмов в поддержании гомеостаза на планете прослеживаются на всём протяжении эволюции жизни на Земле.

Компенсация лимитирующего воздействия особенно эффективна на уровне сообщества, но возможна и на уровне вида.

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических, биохимических особен-

71

ностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определённым условиям жизни и занимающих в природе определённый ареал.

Популяция – это группа организмов одного вида, проживающих на определённой территории. В общей сложности научно описано около двух млн видов живых организмов, а предполагается существование от 3 до 30 млн видов.

Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют экотипы. Экотипы – это адаптированные к местным условиям физиологические, а иногда и морфологические особенности организмов одного вида, живущих в разных экологических системах.

Многие типы организмов способны менять толерантность к физическим факторам, если условия будут меняться постепенно. Такая адаптация или акклиматизация является чрезвычайно полезным защитным средством, но может подвести к опасной черте. С каждым следующим изменением организм приближается к предельному уровню толерантности, а далее наступает так называемый пороговый эффект. Система переходит в новое состояние, вплоть до исчезновения, а обратной дороги уже нет. Пороговый эффект частично объясняет, почему многие проблемы окружающей среды возникают, казалось бы, неожиданно, хотя на самом деле они копились без должной ответной реакции долгое время.

Обычно концепцию диапазона толерантности применяют к популяциям. Как правило, уровни толерантности для большинства видов живых организмов намного ниже в юном возрасте. Период размножения является критическим: пределы толерантности для размножающихся особей, семян, яиц, эмбрионов и личинок уже, чем для взрослых растений и животных.

Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора окружающей среды и узкий – в отношении другого. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее распространены в природе.

Некоторые виды проживают в постоянно меняющихся условиях окружающей среды, обусловленных сменой времен года. Они, как правило, лучше других и приспосабливаются к широкому диапазону физических и химических условий. Другие виды, проживающие при достаточно постоянных условиях (влажный тропический лес; в глу-

72

бине моря), существовать могут только в узких диапазонах значений физических и химических факторов.

Действительные пределы толерантности в природе обычно уже, чем потенциальный диапазон активности вида. Для отражения относительной степени толерантности в экологии используются приставки: стено – узкий и эври – широкий.

В частности, человек является эврифагом – широко питающимся. Все абиотические условия существования могут быть не только лимитирующими факторами, но и регулирующими, влияющими на жизнедеятельность благотворно. Адаптированные организмы так реагируют на эти факторы, что их сообщество как бы ослабляет вредные эффекты и достигает максимальной эффективности и наи-

более устойчивого в данных условиях гомеостаза.

Тестовые задания

73

74

75

76

77

78

42Укажите кривую интенсивности а) Кривая 1; жизнедеятельности организма от б) кривая 2 температуры для пойкилотермного животного

3.2. Закономерности функционирования

Существуют общие закономерности воздействия экологических факторов на организмы: закон минимума Либиха с введением понятия лимитирующих факторов; закон толерантности Шелфорда; закон взаимозаменяемости факторов; закон незаменимости фундаментальных факторов; закон соответствия условий среды возможностям организма и др.

Кривая выживания – график, показывающий, как по мере старения снижается численность особей одного возраста в популяции. Различают три основных типа кривой выживаемости.

Кривая I соответствует популяции, большинство членов которой доживает до возраста, близкого к максимально возможному для данного вида, и характерна для крупных млекопитающих. Кривая II отражает равную вероятность гибели особей в любом возрасте.

Рис. 3.1. Типы кривых выживания

Кривая III соответствует очень высокой смертности в раннем возрасте, а для особей, переживших этот период, вероятность смерти низка. Такая кривая характерна для растений, беспозвоночных и рыб, гибель у которых приходится на ранние стадии развития. Дан-

79

ные, служащие для построения кривой выживания, используются также в демографических таблицах.

Рождаемость, смертность и кривые выживания для большинства видов зависят от плотности популяции, т.е. от значения её численности, отнесенной к некоторой единице пространства (например, чел./км2). Каждому виду присуща определённая оптимальная плотность популяции, отклонения от которой в обе стороны отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.

Для каждого вида характерно наличие максимальной удельной рождаемости – теоретически максимальной скорости образования новых особей в идеальных условиях. Эта величина определяется физиологическими характеристиками организмов и является для данного вида величиной постоянной. Аналогично устанавливается физиологически постоянное значение минимальной удельной смертности, обусловленное смертностью живых организмов, т.е. существованием максимальной продолжительности жизни для особей данного вида.

При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют свой биотический или репродуктивный потенциал. Реализация биотического потенциала приводит к неограниченному размножению популяции. Лимитирующие факторы, сдерживающие реализацию биотического потенциала, называются сопротивлением окружающей среды. При дальнейшем увеличении сдерживающего воздействия окружающей среды популяция достигает так называемой предельной плотности насыщения, после которой численность популяции не растёт.

С понятием предельной плотности насыщения перекликается термин потенциальной ёмкости системы. Максимальный размер популяции одного вида, который природная экосистема способна поддерживать в определённых экологических условиях неопределённо долго, называется потенциальной ёмкостью экосистемы для данного вида.

Изменение численности популяции существенно зависит от её половозрастной структуры, т.е. от распределения особей разного пола по возрастам. Возрастная структура популяции зависит от продолжительности жизни и продолжительности репродуктивного периода. Упрощённо в популяции можно выделить три экологические

80