Лекции мудл / 1.10_Закономерности_действия_экологических_факторов_на_организм

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Связи организма со средой проявляются в действии на него экологических факторов: абиотических, биотических и антропогенных. При действии этих факторов в комплексе можно выделить общие закономерности их воздействия на организм.

В1910 г. Виктор. Шелфорд сформулировал закон толерантности организмов. Толерантность или пластичность – это способность организмов выдерживать изменения экологических факторов. Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от интенсивности воздействия на нее экологического фактора представляют в виде так называемой кривой толерантности.

Кривая толерантности имеет форму колокола с максимумом, соответствующим оптимальному значению данного фактора. Каждый вид живых существ адаптирован к определенным значениям абиотических факторов и имеет свой диапазон выносливости. Так, для растений существуют установленные оптимальные пределы температуры, влажности, кислотности, содержания минеральных веществ в почве и т. д.

Всоответствии с этим правилом для организма имеется диапазон наиболее благоприятного значения какого-либо из абиотических факторов. В этом диапазоне организмы наиболее активны и развиваются наилучшим образом. Для данного фактора это зона оптимума. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, где особи вида жизнеспособны, хотя развиваются и живут значительно хуже, чем в зоне оптимума. Например, когда температура воздуха приближается

кпредельным значениям зоны угнетения, организм испытывает либо холод, либо жару и его жизненная активность в этих условиях падает.

Условия, в которых организм чувствует себя относительно благополучно, называются зоной устойчивости (или толерантности). Зона устойчивости переходит в критические точки (т.е. точки стресса), за которыми существование организма невозможно. Урожай может погибнуть при засушливом или дождливом лете. При засушливом лете, т. е. недостатке влаги, ассимиляция растениями элементов минерального питания затруднена, а избыток влаги ведет к затруднению дыхания корней растений и возникновению анаэробных процессов, закислению почвы и т. д.

Закон толерантности позволяет понять способы выживания новых видов организмов в тех условиях, которые для предковых форм были неблагоприят-

ными. Характер воздействия экологических факторов проще проследить у растений. Экспериментально доказано, что растения реагируют на изменение магнитного поля, на музыкальные звуки. Растения «любят» классические произведения, тянутся к источнику мелодичных звуков и под их влиянием быстрее растут, богаче плодоносят. Например, ростки пшеницы, выращенной под звуки классической музыки, содержали в 20 раз больше витамина А, чем в обычных условиях.

Величина толерантности, как было отмечено выше, для различных организмов неодинакова. Для одних организмов абиотические факторы среды не имеют значения. Они могут жить в любых условиях. Такие организмы относятся к группе эврибионтов. Например, волк, бурый медведь, тростник. Высокой толерантностью обладают тараканы, голуби, черепахи и многие другие организмы.

Другие организмы более привередливы, т.е. обладают более узким диапазоном адаптации к факторам среды. Их называют стенобионты. Это, например, глубоководные рыбы, живущие только в соленой чистой воде, орхидные растения и многие другие.

Низкая толерантность характерна для форели, т. к. она не в состоянии выносить больших колебаний температур. Если вырубят все деревья по берегам горного потока, то температура воды может подняться на несколько градусов, в результате форель погибнет, а, например, окунь выживет.

Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни.

Признаки, способствующие выживанию организма, постепенно усиливаются под действием естественного отбора, пока не будет достигнута максимальная приспособленность к существующим условиям. Приспособление может происходить на уровне клетки, тканей и даже целого организма, затрагивая форму, размеры, соотношение органов и т. п. Организмы в процессе эволюции и естественного отбора вырабатывают наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в изменившихся экологических условиях, т. е. происходит их адаптация.

Адаптации можно разделить на три основных типа: морфологические, физиологические и этологические.

Морфологические адаптации – это изменения в строении организма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды или яркая окраска цветков для привлечения опылителей). Обычно морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.

Физиологические адаптации – это изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира или наличие специальных ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий).

Этологические (т.е. поведенческие) адаптации – это изменения в поведе-

нии (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период или брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения).

Всовокупности условий существования всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Дефицит какого-нибудь важного ресурса (воды, света, тепла или пищи) ограничивает жизнедеятельность организмов даже тогда, когда все остальные условия оптимальны.

Факторы, сдерживающие развитие организмов или растений как из-за их избытка, так и из-за недостатка (по отношению к оптимальным требованиям), называются лимитирующими, а соответствующее правило получило название закон минимума. Смысл закона очевиден: все хорошо в меру.

В1840 г. Юстус Либих установил, что урожаи культур часто ограничиваются не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах, а теми, которых требуется мало. Либих доказал, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Закон минимума Либиха гласит: рост растения зависит от того элемента, который присутствует в минимальных количествах.

Вокружающей организм среде в изобилии присутствуют двуокись углерода и вода, – они не являются факторами, ограничивающими рост растений. А вот цинка, например, в почве на территории Сибири мало, селена совсем нет. Мы знаем, что потребность растения в цинке очень мала, но рост будет успешен до тех пор, пока не будет израсходован весь его запас, поэтому его наличие является ограничивающим, или лимитирующим, фактором. Лимитирующим может быть любой экологический фактор (например, количество мест, пригодных для гнездования).

Наиболее важными факторами на суше являются свет, температура, вода. Они чаще действуют согласованно. Закон минимума учитывают в мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнения. Превышение нормы вредных примесей в воздухе, воде – серьезная угроза здоровью людей. Пренебрежение этим законом ведет к двойным потерям – экономическим и экологическим. Например,

если для роста растений не будет хватать только фосфора, а человек, не разобравшись, будет вносить комплексные удобрения (азот и калий), то это не даст прибавки урожая, а только увеличит количество нитратов в плодах.

Работы Либиха послужили основой для поддержания и воспроизводства плодородия почвы. Для этого необходимо возвращать в почву взятые растениями элементы питания. Этот закон применим и к растениям, и к животным, и к человеку.

Учение о лимитирующих факторах облегчает изучение сложных ситуаций во взаимоотношениях организмов и среды обитания. При этом следует понимать, что не все факторы среды имеют одинаковое экологическое значение. Так, молекулярный кислород, являясь фактором физиологической необходимости для всех животных, с экологической точки зрения становится лимитирующим лишь в определенных местах обитания. Если в водоеме гибнет рыба (особенно в жаркое время), то в первую очередь должна быть измерена концентрация кислорода в воде: она резко падает с возрастанием температуры. В случае же гибели птиц следует искать другую причину, так как содержание кислорода в воздухе относительно постоянно и достаточное с точки зрения требований наземных организмов.

Любой живой организм эволюционно приспособлен к определенным условиям среды, т.е. к изменяющимся абиотическим и биотическим факторам. Изменения величин этих факторов для каждого организма допустимы только в определенных пределах, при которых сохраняется нормальное функционирование организма, т.е. его жизнеспособность. Чем большие пределы изменения параметров среды нормально выдерживает конкретный организм, тем выше устойчивость этого организма к изменению факторов состояния среды. Требования определенного вида к разным экологическим факторам определяют ареал вида и место его в экосистеме, т.е. занимаемую им экологическую нишу.

Экологическая ниша – совокупность условий жизни в экосистеме, предъявляемых видом к множеству экологических факторов среды с точки зрения его нормального функционирования в экосистеме. Следовательно, понятие экологической ниши прежде всего включает в себя роль, или функцию, которую выполняет данный вид в сообществе. Каждый вид занимает свое, только ему присущее место в экосистеме, которое обусловлено его потребностью в пище и связано с функцией воспроизводства вида.

Для любой популяции организмов прежде всего необходимо подходящее местообитание, которое по своим абиотическим факторам (например, температуре, характеру почвы и т.п.) и биотическим факторам (пищевым ресурсам, характеру растительности и т.п.) соответствовало бы ее потребностям. Но местообитание вида не следует путать с экологической нишей, т.е. функциональной ролью вида в данной экосистеме.

1.Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

2.Акимова, Т.А. Экология. Человек — Экономика — Биота — Среда: учебник для студентов вузов / Т.А. Акимова, В.В. Хаскин. — 3-е изд., перераб. и доп. - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2017. - 495 с. — (Серия «Золотой фонд российских учебников»). - ISBN 978-5-238-01204-9. - Текст : электронный. - URL: https://new.znanium.com/catalog/product/1028848