Мы рассмотрим влияние первых трех абиотических факторов среды, так как их влияние
более значительно это температура, свет и влажность.
него влияют абиотические факторы среды: почва, воздух, косвенно влажность, химический состав почвы, совсем не влияет свет.
Например, бактерии способны выжить Например, у майского жука личиночная стадия проходит в почве. На в самых экстремальных условиях их находят в гейзерах, сероводородных источниках, очень соленой воде, на глубине Мирового океана, очень глубоко в почве, во льдах Антарктиды, на самых высоких вершинах (даже Эвересте 8848 м), в телах живых организмов.
Температура.
Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Некоторые организмы, особенно в состоянии покоя или анабиоза способны выдерживать довольно низкие температуры. Колебание температуры в воде обычно меньше, чем на суше, поэтому пределы устойчивости к температуре у водных организмов хуже, чем у наземных. От температуры зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при температуре от 0 до +50 на поверхности песка в пустыни и до - 70 в некоторых областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится в пределах от +50 до -50 в наземных местообитаниях и от +2 до +27 в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до 200, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88 С.
Различают животные организмы:
с постоянной температурой тела (теплокровные);
с непостоянной температурой тела (хладнокровные).
Организмы с непостоянной температурой тела (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся)
В природе температура не постоянна. Организмы, которые живут в умеренных широтах и подвергаются колебанию температур, хуже переносят постоянную температуру. Резкие колебания зной, морозы неблагоприятны для организмов. Животные выработали приспособления для борьбы с охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов увеличивается.
В жаркое время года наоборот, включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение влаги через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.
Организмы с постоянной температурой тела, (птицы, млекопитающие)
У этих организмов произошли изменения во внутреннем строении органов, что способствовало их приспособленности к постоянной температуре тела. Это, например - 4- х камерное сердце и наличие одной дуги аорты, обеспечивающие полное разделение артериального и венозного кровотока, интенсивный обмен веществ благодаря снабжению тканей артериальной кровью, насыщенной кислородом, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла, хорошо развитая нервная деятельность). Все это позволило представителям птиц и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить все места обитания.
В природных условиях температура очень редко держится на уровне благоприятности для жизни. Поэтому у растений и животных возникает специальные приспособления, которые ослабляют резкие колебания температуры. У животных, например слонов большая ушная раковина, по сравнению с его предком мамонтом, живущем в холодном климате. Ушная раковина кроме органа слуха выполняет функцию терморегулятора. У растений для защиты от перегрева появляется восковой налет, плотная кутикула.
Свет
Свет обеспечивает все жизненные процессы, протекающие на Земле. Для организмов важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность воздействия. Например, у растений уменьшение длины светового дня и интенсивность освещения приводит к осеннему листопаду.
1. светолюбивые имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, много пигмента. Это – хлебные злаки. Но увеличение интенсивности освещения сверх оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие урожаи.
2. тенелюбивые имеют тонкие листья, крупные, расположены горизонтально, сменьшим количеством устьиц.
3. теневыносливые растения способные обитать в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения
Важную роль в регуляции активности живых организмов в развитии играет продолжительность и интенсивность воздействие света - фотопериод.
В умеренных широтах цикл развития животных и растении приурочен к сезонам года, и сигналом для подготовки к изменению температуры служит продолжительность светового дня, которая в отличии от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время.Фотопериодизм это пусковой механизм, включающий физиологические процессы, приводящие к росту и цветению растений весной, плодоношению летом, сбрасыванию листьев осенью у растений. У животных к накоплению жира к осени, размножению животных, их миграции, наступлению стадии покоя у насекомых перелету птиц и т. д. наступлению стадии покоя у насекомых.
Кроме сезонных, есть еще и суточные изменения режима освещенности, смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление, которое обеспечивает выживание особи это своего рода «биологические часы», способность ощущать время.
Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.
Влажность.
Вода это необходимый компонент клетки, поэтому ее количество тех или иных местах обитания является ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны данной местности.
Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию почвы и появлению болотной растительности. В зависимости от влажности почвы (количество осадков) видовой состав растительности меняется. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем лесостепной растительностью. Далее низкотравье, и при 250 мл в год пустыня. Осадки в течение года могут выпадать не равномерно, живым организмам приходится переносить длительные засухи. Например, растения и животные саванн, где интенсивность растительного покрова, а так же и интенсивное питание копытных животных зависит от сезона дождей.
В природе происходят и суточные колебания влажности воздуха, которые влияют на активность организмов. Между влажностью и температурой есть тесная связь. Температура сильнее влияет на организм при влажности высокой или низкой. У растений и животных появились приспособления к разной влажности. Например, у растений развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула фотосинтез идет зеленой частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается. Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают испарение.
У животных тоже появились приспособленности, позволяющих переносить недостаток влаги. Мелкие животные - грызуны, змеи, черепахи, членистоногие - добывают влагу из пищи. Источником воды может стать жироподобное вещество, например у верблюда. В жаркое время некоторые животные грызуны, черепахи впадают в спячку, продолжавшуюся несколько месяцев. Растения - эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения, могут сбрасывать листья, отмирать наземные части и так переживать период засухи. При этом до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища.
По отношению к воде растения делят:
1. Водные растения повышенной влажности;
2.Околоводные растения, наземно-водные;
3.Наземные растения;
4.Растения сухих и очень сухих мест, обитают в местах с недостаточным увлажнениям, могут переносить непродолжительную засуху;
5.Суккуленты сочные, накапливают воду в тканях своего тела.
По отношению к воде животных делят:
· влаголюбивые животные;
промежуточная группа;
сухолюбивые животные.
Виды приспособленностей организмов к колебаниям температуры, влажности и света:
Теплокровность - поддержание организмом постоянной температуры тела;
Зимняя спячка - продолжительный сон животных в зимнее время года;
Анабиоз - временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедленны до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных и у животных зимой и в жаркий период времени);
Морозостойкость способность организмов переносить отрицательные температуры;
Состояние покоя - приспособительное свойство многолетнего растения, для которого характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности, отмирание наземных побегов у травянистых форм растений и опадение листьев у древесных форм;
Летний покой приспособительное свойство раннецветущих растений (тюльпан, шафран) тропических районов, пустынь, полупустынь.
СРЕДА - все, что окружает организмы, прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание и размножение. На Земле существует огромное разнообразие условий сред жизни, что обеспечивает разнообразие экологических ниш и их "заселение". Однако, не смотря это разнообразие, различают четыре качественно различные среды жизни, обладающие специфическим набором экологических факторов, а следовательно - требующих и специфического набора адаптаций. Вот эти среды жизни: наземно-водушная (суша) ; водная; почва; другие организмы. Или так Среда обитания — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ.
Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на 2 категории:
1) Факторы неживой природы (абиотические) 2) Факторы живой природы (биотические)
Абиотические:
• климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха) • почвенные ( состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость) • орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона) • химические (составы газового воздуха , солевой состав воды, кислотность) Биотические: • фитогенные (растения) • зоогенные (животные) • микробиогенные (вирусы, бактерии) • антропогенные (деятельность человека).
Абиотические факторы наземной среды.
1) Лучистая энергия солнца.
Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза). Количество энергии у поверхности Земли -21*10 кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).
2) Освещение.
Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:
• светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест. • тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник). • тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.
Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим дляориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью.
3) Температура:
Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы.
Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20°С, а при t = 48°С полностью прекращается.
В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:
• Организмы, t тела= t окр. среды, т.е. меняется в зависимости от t окр. среды, нет механизма терморегуляции (эффективного) (растения, рыбы, рептилии...). Растения понижают t за счет интенсивного испарения, при достаточном снабжении водой в пустыне - уменьшается t листьев на 15°С.
• Организмы с постоянной t тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t =36-40°C.
• Организмы с постоянной t (еж, барсук, медведь), период активности - const t тела, зимняя спячка -значительно уменьшается (низкие потери энергии).
Также выделяют организмы, способные переносить колебания t0 в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных t0 (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).
4) Влажность атмосферного воздуха.
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t воздуха.
5) Атмосферные осадки.
Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.
Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:
• Влажная экваториальная. Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов). • Сухая зона тропического пояса. Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка). • Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь. • Полярная область.
Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.
6) Газовый состав атмосферы.
Состав ее практически постоянен и включает: N -78%, 0 -20,9%, СО , аргон и другие газы, частицы воды, пыль.
7) Движение воздушных масс (ветер).
Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью-Гемпшир, США).
Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.
8) Давление атмосферы.
760 мм ртутного столба или 10 кПа.
Абиотические факторы почвенного покрова.
Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой. Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы.
Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух- О , СО ), растения, животные, микроорганизмы, гумус. Толщина почвы; 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах.
1 см почвы образуется примерно за 100 лет.
Типы почв:
1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %) 2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %). 3. Черноземы (степь, гумус до 10 %). 4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%). 5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%). 6. Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).
Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.
Физические свойства:
1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра. 2. Плотность. 3. Теплоемкость, теплопроводность. 4. Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость). 5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).
Химические свойства:
1. Химический состав: • до 50 % SiO - кремнезем • до 25 % Al O - глинозем • до 10 %- оксиды Fe • остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.
2. Кислотность
3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.)
Влияние кислотности на растения:
• Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи • Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений • На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...) • Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)
Абиотические факторы водной среды.
Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022 % веса планеты, площадь - 1350 млн. кв. км -океаны, 35 млн. кв. км - пресные воды.
Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов.
Физические свойства:
1. Плотность. Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).
2. Температура. Изменение t° в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные). Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t° верхних слоев океана -10-15°С, более глубокие слой 3 -4°С.
3. Световой режим. Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10-6 солнечной радиации.
С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).
4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве. 5. Прозрачность.
Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды).
Химические свойства: 1.Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л. Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки. 2. Количество растворенного О и СО . О - для дыхания. 3. Кислая, нейтральная, щелочная среда.
Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.
Биотические факторы.
Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.
Классификация биотических взаимодействий:
1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую. 2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддя другого организма.
Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.
Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.
Конкуренция бывает прямая и косвенная.
Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.) Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.
3. Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:
• находятся на поверхности хозяина. Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.) • внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности
4. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает. Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.
5. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает: Комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи.
Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его. В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида.
Прямые абиотические факторы подразделяются на факторы-условия и факторы-ресурсы. По М. Бигону и др. (1989), условия - это изменяющиеся во времени и пространстве факторы среды обитания, на которые организмы реагируют по-разному, но эти составляющие среды не расходуются: один организм не может сделать их более доступными или недоступными для других. К числу факторов-условий относятся температура, влажность воздуха, соленость воды и скорость ее течения, реакция (рН) почвенного раствора, содержание в воде и почве загрязняющих веществ, которые не используются растениями как элементы питания. В отличие от факторов-условий факторы-ресурсы расходуются организмами в процессе жизнедеятельности, и потому один более сильный организм может «съесть» ресурсов больше, а другому, более слабому, их останется меньше. Для растений ресурсами являются свет, вода, элементы минерального питания, диоксид углерода, для насекомоопыляемых — насекомые-опылители (ветер как опылитель является фактором-условием). Для животных-фитофагов ресурсом являются растения, для зоофагов (хищников) — живые животные, для детритофагов-сапротрофов и редуцентов (бактерии, грибы) - мертвое органическое вещество. Для большинства организмов необходимым ресурсом является кислород.
Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие — на определенный жизненный процесс. Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения. Взаимодействие экологических факторов. Ограничивающий фактор. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная. В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла. Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума) , то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими) .
Экологическая пластичность организмов.
Экологическая пластичность
Экологическая пластичность - свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора. По степени пластичности организмы делятся на:
стенобионтные
эврибионтные
Различаются они диапазоном экологического фактора, в котором могут жить.
1. Стенобионтные
Стенобионтные (греч. «stenos» - узкоприспособленный, узкий, тесный) - виды, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимального значения.
2. Эврибионтные
Эврибионтные - широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебаний экологического фактора.
Организмы, живущие длительное время в стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность (как, например, человек), и наоборот. Для отношения организма к конкретному фактору к названию прибавляют «стено-» или «эври-»:
по отношению к температуре: стенотермные и эвритермные;
свет: стенофотные и эврифотные;
и т.д.
Лимитирующие факторы
Таким образом, лимитирующим фактором называется любой экологический фактор, приближающийся к крайним значениям предела толерантности или превышающий их. Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида.
Совместное действие экологических факторов. Закон минимума, закон толерантности. Адаптации организмов.
Все экологические факторы в природе действуют на живые организмы одновременно. Причем это не простое суммирование, а сложное взаимовлияющее соотношение. Такая совокупность факторов называется их констелляцией. Точно так же и в формировании того или иного сообщества принимает участие целый комплекс факторов, определяющих условия существования. Важная экологическая закономерность – сцепленность, взаимозависимость различных факторов среды: изменение какого-либо одного фактора способно повлечь изменения остальных. С другой стороны, вернув измененный фактор в исходное состояние, можно (хотя и не всегда) восстановить до исходного состояния и другие, не подвергавшиеся прямому воздействию.
Если в количественном выражении хотя бы один из факторов выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости организмов, называется ограничивающим, илилимитирующим. Например, в водной среде зачастую таким фактором становится содержание кислорода; а причиной, препятствующей распространению бука в Европе, оказывается низкая температура в январе, поэтому северные границы его ареала соответствуют январской изотерме -2оС. Следует отметить, что один и тот же фактор, выступая для вида ограничивающим, через некоторое время может утрачивать эту функцию.
Экологическим рядом называется совокупность растительных сообществ (фитоценозов), располагающихся соответственно нарастанию или убыванию (т. е. по градиенту) какого-либо фактора или группы факторов среды. Различают экологические ряды растений и их группировок, которые составляются по отношению к сухости (влажности) почвы, теневыносливости, тепловому режиму, засоленности, устойчивости к ветру и т. п. Пример экологического ряда древесных пород по возрастающей теневыносливости: лиственница – береза – сосна – осина – ива – ольха серая – липа – дуб – ясень – клен – ольха черная – ель – пихта.
В.В. Алехин установил правило предварения для растений, согласно которому северные влаголюбивые растения на южных границах ареала располагаются на северных склонах и на дне балок, а южные по мере продвижения на север переходят на лучше прогреваемые южные склоны. Это правило имеет большое значение при проведении геоботанических исследований, поскольку позволяет предсказать состав растительности необследованных мест или смоделировать прежний облик нарушенной территории.
Когда речь идет о животных, местообитание популяции определяют термином стация. Каждый вид имеет свой набор стаций, настолько характерный, что может служить для него не менее существенным отличительным признаком, чем морфологические и другие особенности. Свойство видов избирательно заселять те или иные стации обозначается как принцип стациональной верности.
В широком диапазоне пространства и времени наблюдается закономерное изменение видами мест обитания. Например, М.С. Гиляров вывел правило смены ярусов, показав, что в разных природно-климатических зонах одни и те же виды могут занимать разные ярусы. В пространстве происходят зональная и вертикальная смена стаций и зональная смена ярусов, а во времени – сезонная и годичная смена стаций.
Экологические классификации помогают выявлять возможные пути приспособления организмов к среде.
Закон минимума Либиха - закон, открытый. Либихом (1840), согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме; по данному закону, от вещества, концентрация которого лежит в минимуме, зависят рост растений, величина и устойчивость их урожайности. Закон минимума Либиха гласит : рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. В изобилии присутствуют двуокись углерода и вода, а потому они не являются факторами, ограничивающими рост. А вот цинка в почве очень мало, потребность растения в нем невелика, и рост растения будет успешен до тех пор, пока не будет израсходован весь его запас. Поэтому наличие цинка является ограничивающим, или лимитирующим фактором. Закон минимума Либиха распространяется на все абиотические и биотические факторы, влияющие на организм. Такими факторами могут быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и животным. Закон оптимума— любой эко фактор имеет определён пределы положительного влияния на живые организмы.Зона оптимума —диапазон действия фактора, кот наиб благоприятен для жизнед-ти. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение. Мин-но и макс-но переносимые значения фактора —критич точки, за кот организм гибнет. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организма данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы(зона пессимума).Закон универсален. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация(стенобионты) и широкая выносливость(эврибионты). У специализир видов критич точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка: "лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору". Закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума: 1.организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого; 2.в организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены; 3.диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма; 4.многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения. 5.оптимальные значения экологических факторов для организмов в природе и в лабораторных условиях (в силу существенной их изоляции), зачастую, оказываются различными (гипотеза компенсации экологических факторов); что тесно связано с различением фундаментальной и реализованной экологической ниши. Организм с широкими границами по большинству экологических факторов обычно широко распространен (например, воробей). Если условия по одному фактору не оптимальны, то может снизиться предел устойчивости к другому экологическому фактору (например, при низком содержании азота в почве снижается засухоустойчивость злаков).
Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.
Основные механизмы адаптации на уровне организма: 1) биохимические– проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества; 2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов; 3) морфо-анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни; 4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.; 5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.
Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять какраздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; какограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.
Абиотические факторы: свет, влажность, температура, состав воздуха, рельеф.
Свет как экологический фактор
Солнечное излучение является основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения можно выделить три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого, но они задерживаются озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300 - 0,400 мкм). Они составляют около 10% лучистой энергии. Эти лучи обладают высокой химической активностью - при большой дозе могут повреждать живые организмы. В небольших количествах, однако, они необходимы, например, человеку: под влиянием этих лучей в организме человека образуется витамин Д, а насекомые зрительно различают эти лучи, т.е. видят в ультрафиолетовом свете. Они могут ориентироваться по поляризованному свету.
Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм (на их долю приходится большая часть энергии - 45% - солнечного излучения), достигающие поверхности Земли, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения за счет этого излучения синтезируют органическое вещество (осуществляют фотосинтез), которое используют в пищу все остальные организмы. Для большинства растений и животных видимый свет является одним из важных факторов среды, хотя есть и такие, для которых свет не является обязательным условием существования (почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособления к жизни в темноте). Большинство животных способны различать спектральный состав света - обладать цветовым зрением, а у растений цветки имеют яркую окраску для привлечения насекомых-опылителей.
Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм глаз человека не воспринимает, но они являются источником тепловой энергии (45% лучистой энергии). Эти лучи поглощаются тканями животных и растений, вследствие чего ткани нагреваются. Многие хладнокровные животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения температуры тела (некоторые змеи и ящерицы являются экологически теплокровными животными). Световые условия, связанные с вращением Земли, имеют отчетливую суточную и сезонную периодичность. Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом и минимумом в определенные часы: например, в определенные часы суток цветок у растений открывается и закрывается, а у животных возникли приспособления к ночной и дневной жизни. Длина дня (или фотопериод), имеет огромное значение в жизни растений и животных.
Растения, в зависимости от условий обитания, адаптируются к тени - теневыносливые растения или, напротив, к солнцу - светолюбивые растения (к примеру, хлебные злаки). Однако сильное яркое солнце (яркость выше оптимальной) подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получить высокий урожай культур, богатый белком. В умеренных зонах (выше и ниже экватора) цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года: подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала - изменения длины дня, которая в определенное время года в данном месте всегда одинакова. В результате этого сигнала включаются физиологические процессы, приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношения летом и сбрасывания листьев осенью; у животных - к линьке, накоплению жира, миграции, размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых. Изменение длины дня животные воспринимают с помощью органов зрения. А растения - с помощью специальных пигментов, расположенных в листьях растений. Раздражения воспринимаются с помощью рецепторов, вследствие чего происходит ряд биохимических реакций (активация ферментов или выделение гормонов), а затем проявляются физиологические или поведенческие реакции.
Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана не просто на количестве получаемого света, а на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Организмы способны измерять время, т.е. обладают “биологическими часами” - от одноклеточных до человека. “Биологические часы” - также управляются сезонными циклами и другими биологическими явлениями. “Биологические часы” определяют суточный ритм активности как целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.
Температура как экологический фактор
Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела - гомойтермные. Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53 оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 oС.
Пойкилотермные организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главным источником поступления тепловой энергии у пойкилотермных животных - внешнее тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.
У ряда холоднокровных животных температура тела может меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).
Пойкилотермные животные способны приспосабливаться и к высоким температурам. Это происходит также разными способами: теплоотдача может происходить за счет испарения влаги с поверхности тела или со слизистой верхних дыхательных путей, а также за счет подкожной сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови по сосудам кожи увеличивается при повышении температуры).
Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря наличию четырехкамерного сердца и одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40 oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.
Приспособление теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно меняется в течение года и в связи с географической широтой. Поэтому все приспособления более важны для обитания при отрицательных температурах.
Вода как экологический фактор
Вода играет исключительную роль в жизни любого организма, поскольку она является структурным компонентом клетки (на долю воды приходится 60-80% массы клетки). Значение воды в жизни клетки определяется ее физико-химическими свойствами. Вследствие полярности молекула воды способна притягиваться к любым другим молекулам, образуя гидраты, т.е. является растворителем. Многие химические реакции могут протекать происходить только в присутствии воды. Вода является в живых системах “тепловым буфером”, поглощая тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное, тем самым предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения при кратковременном освобождении тепловой энергии. В связи с этим она производит охлаждающий эффект при испарении с поверхности и регулирует температуру тела. Теплопроводные свойства воды определяют ее ведущую роль терморегулятора климата в природе. Вода медленно нагревается и медленно охлаждается: летом и днем вода морей океанов и озер нагревается, а ночью и зимой также медленно охлаждается. Между водой и воздухом происходит постоянный обмен углекислым газом. Кроме того, вода выполняет транспортную функцию, перемещая вещества почвы сверху вниз и обратно. Роль влажности для наземных организмов обусловлена тем, что осадки распределяются на земной поверхности в течение года неравномерно. В засушливых районах (степи, пустыни) растения добывают себе воду с помощью сильно развитой корневой системы, иногда очень длинных корней (у верблюжьей колючки - до 16 м), достигающих влажного слоя. Высокое осмотическое давление клеточного сока (до 60-80 атм), увеличивающее сосущую силу корней, способствует удержанию воды в тканях. В сухую погоду растения снижают испарение воды: у пустынных растений утолщаются покровные ткани листа, либо на поверхности листьев развивается восковой слой или густое опушение. Ряд растений достигает снижения влаги уменьшением листовой пластинки (листья превращаются в колючки, часто растения полностью теряют листья - саксаул, тамариск и др.).
В зависимости от требований, предъявляемых к водному режиму, среди растений различают следующие экологические группы:
Гидратофиты – растения постоянно живущие в воде;
Гидрофиты- растения лишь частично погружаемые в воду;
Гелофиты- болотные растения;
Гигрофиты- наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненых местах;
Мезофиты- предпочитают умеренное увлажнение;
Ксерофиты- растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги; среди ксерофитов различают:
суккуленты- накапливающие воду в тканях своего тела (сочные);
склерофиты- теряющие значительное количество воды.
Многие животные пустынь способны обходиться без питьевой воды; некоторые быстро и долго могут бегать, совершая длинные миграции на водопой (сайгаки, антилопы, верблюды и др.); часть животных добывает воду из пищи (насекомые, пресмыкающиеся, грызуны). Жировые отложения пустынных животных могут служить своеобразным резервом воды в организме: при окислении жиров образуется вода (отложения жира в горбе верблюдов или подкожные отложения жира у грызунов). Малопроницаемые покровы кожи (например, у пресмыкающихся,) защищают животных от потери влаги. Многие животные перешли к ночному образу жизни или скрываются в норах, избегая иссушающего действия низкой влажности и перегрева. В условиях периодической сухости ряд растений и животных переходят в состояние физиологического покоя - растения приостанавливают рост и сбрасывают листья, животные впадают в спячку. Эти процессы сопровождаются пониженным обменом веществ в период сухости.
Абиотические факторы и их влияние на экосистемы. Рассмотрим действие рельефа. Оно проявляется опосредованно, через температуру и влажность. В результате на небольшом участке земли климатические условия могут значительно отличаться от средних для данной области. Такие местные условия называются микроклиматом. Его особенности служат причиной для разнообразия экосистем. Южный склон - теплый и сухой, со светолюбивыми растениями (сосной, кизильником, караганой, шиповником); северный - прохладный и влажный, с теневыносливой растительностью (березой, черемухой, свидиной). Химический состав подстилающей породы влияет на кислотность почв: гранит - увеличивает, известняк делает почву более щелочной. Каменистые почвы хорошо дренированы, чернозем - напротив, надежно удерживает воду. Пойма - периодически затапливаемый участок суши; укажите на различие растительного покрова поймы, северного и южного склонов
Биотические факторы. Внутривидовые и межвидовые факторы. Типы биотических отношений (конкуренция, хищничество, паразитизм, комменсализм, аменсализм, мутуализм, протокооперация, нейтрализм). Примеры для растений и животных. Зоогенные и фитогенные факторы. Закон Гаузе или принцип конкурентного исключения.
Биотические факторы:
Фитогенные факторы
К ним относятся факторы воздействия растений друг на друга и окружающую среду. Формы взаимоотношений между растениями многообразны.
К фитогенным факторам относятся такие взаимоотношения между растениями, как паразитизм, симбиоз, срастание корней и др. Примером паразитизма является повилика, питающаяся соками клевера или крапивы, угнетая и заметно задерживая их рост. К тому же, опутывая растения, она не дает им распрямиться. Примером симбиоза (взаимовыгодного сожительства) может служить взаимодействие между клубеньковыми бактериями-азог- фиксаторами и большинством растений семейства бобовых. Бактерии из рода Rhizobium, живущие в клубеньках на корнях бобовых (клевер, фасоль, соя, люпин), обеспечиваются питанием (сахара) и местообитанием, а взамен растения получают от них доступную форму азота.
Взаимоотношения между растениями часто способствуют изменению ими окружающей среды, например микроклимата (ослабление солнечной радиации при затенении почвы, перехват осадков кронами деревьев и др.). Так, ель, затеняя почву, вытесняет из-под своего полога светолюбивые виды, формируя среду для поселения теневых и тенеустойчивых видов.
Нередко растения взаимодействуют между собой посредством различных химических выделений. Такие химические взаимовлияния получили название аллелопатии (от греч. allelon — взаимный и pathos — страдание). Пример аллелопатии — воздействие некоторых интродуцированных (привезенных из других местностей) растений на местные. Так, папоротник орляк выделяет токсины, которые губительно влияют на другие растения. Вероятно, эта способность помогла орляку распространиться во многих странах, где он стал настоящим сорняком, например в Великобритании, некоторых районах США и Канады, Новой Зеландии, Коста-Рике, африканских странах. Другой пример — ястребинка волосистая (семейство сложноцветных), которая была завезена в Новую Зеландию. Теперь этот вид широко расселяется на пастбищах, угнетая местные виды. Установлено, что в ее листьях содержатся вещества, способные подавлять прорастание семян клевера белого и ежи сборной.
Зоогенные факторы
Это воздействие животных друг на друга и окружающую среду. К ним относится также потребление животными растительной пищи. Такие животные называются фитофагами (от греч. phyton — растение и phagos — пожирающий). Фитофагами являются крупные (лось, олень, косуля, кабан) и мелкие (заяц, белка, мышевидные грызуны) млекопитающие, птицы (рябчик, тетерев, глухарь), насекомые-вредители и др.
Контактируя с растениями или употребляя их в пищу, животные способствуют распространению их семян. В одних случаях семена и плоды распространяются благодаря случайному прикреплению к животным (шерсти, перьям, лапам, клювам и т.п.), в других это связано с поеданием животными плодов. Животные серьезно повреждают растения. Лоси и олени обдирают кору на деревьях, уничтожают молодую древесную поросль, объедая верхушки кустарников и древесного подроста. Бобры, питаясь древесиной осины, довольно быстро изреживают ее насаждения. Глухари, ощипывая хвою и почки сосны и ели, тем самым замедляют их рост.
К зоогенным факторам относится воздействие насекомых на листовую поверхность древесных пород и травянистых растений. Насекомые (тли, клопы) не только отсасывают у растений питательные вещества, но и переносят возбудителей их заболеваний.
Большой вред растениям наносят землерои (кроты, суслики). Они поедают не только надземные части растений, но и клубни, луковицы, корневища.
Воздействие животных на растения довольно многообразно и сказывается на регулировании численности видов в природных сообществах.
Действие зоогенных факторов в среде животных проявляется главным образом в виде паразитизма, хищничества и конкуренции.
Внутривидовые и межвидовые факторы:
|
Внутривидовые биотические факторы |
К ним относятся факторы, действующие внутри вида, на уровне популяций.
В первую очередь это численность популяции и ее плотность - число особей вида на определенной площади или в объеме. К биотическим факторам популяционного ранга относятся также продолжительность жизни организмов, их плодовитость, соотношение полов и т. д., которые в той или иной мере влияют и создают экологическую ситуацию как в популяции, так и в биоценозе. Кроме того, к этой группе факторов принадлежат особенности поведения многих животных (этологические факторы), в первую очередь понятие группового эффекта, используемого для обозначения морфологических поведенческих изменений, наблюдаемых у животных одного вида при групповой жизни.
Конкуренция как форма биотической связи организмов наиболее рельефно проявляется на популяциоином уровне. При росте популяции, когда ее численность приближается к насыщающей среды обитания, вступают в действие внутренние физиологические механизмы регуляции численности данной популяции: возрастает смертность особей, снижается плодовитость, возникают стрессовые ситуации, драки и т. п. Пространство и пища становятся предметом конкуренции.
конкуренция - форма взаимоотношений организмов, складывающаяся в борьбе за одни и те же условия среды.
Кроме внутривидовой различают межвидовую, прямую и косвенную конкуренцию. Конкуренция проявляется тем резче, чем более сходны потребности конкурентов. Растения конкурируют в борьбе за свет, влагу; копытные, грызуны, саранча - за одни и те же источники питания (растения); хищные птицы леса и лисы - за мышевидных грызунов.
|
Межвидовые биотические факторы и взаимодействия |
Действие, оказываемое одним видом на другой, обычно осуществляется через прямой контакт между особями, которому предшествуют или сопутствуют изменения среды обитания, вызываемые жизнедеятельностью организмов (химические и физические изменения среды, вызываемые растениями, дождевыми червями, одноклеточными, грибами и т. п.).
Взаимодействие популяций двух или нескольких видов имеет разнообразные формы проявления, как на положительной, так и на отрицательной основе.
Отрицательные межвидовые взаимодейcтвия
Межвидовая конкуренция за пространство, пищу, свет, убежище и т. п., т. е. любое взаимодействие между двумя или более популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Если два вида вступают в конкуренцию за общие для них условия, один из них вытесняет другой. С другой стороны, два вида могут существовать, если их экологические требования различны.
При межвидовой конкуренции осуществляется активный поиск представителями двух или нескольких видов одних и тех же пищевых ресурсов среды существования. (Более широко - это любое взаимодействие между двумя или более популяциями, которое вредно отражается на их росте и выживании).
Конкурентные взаимоотношения между организмами наблюдаются при совместном использовании ими факторов, количество которых минимально или недостаточно для всех потребителей.
Хищничество - форма взаимоотношений между организмами, при которой одни добывают, убивают и поедают других. Хищниками являются насекомоядные растения (росянка, венерина мухоловка), а также представители животных всех типов. Например, в типе членистоногих хищниками являются пауки, стрекозы, божьи коровки; в типе хордовых хищники встречаются в классах рыб (акулы, щуки, окуни, ерши), пресмыкающихся (крокодилы, змеи), птиц (совы, орлы, ястребы), млекопитающих (волки, шакалы, львы, тигры).
Разновидность хищничества - каннибализм, или внутривидовое хищничество (поедание особями других особей своего вида). Например, самки паука каракурта поедают самцов после спаривания, балхашский окунь поедает свою молодь и т. д. Устраняя из популяции наиболее слабых и больных животных, хищники способствуют повышению жизнеспособности вида.
С экологической точки зрения такие отношения между двумя разными видами благоприятны для одного из них и неблагоприятны для другого. Разрушительный эффект оказывается значительно меньше, если популяция развивалась вместе в среде, стабильной в течение длительного периода. При этом оба вида принимают такой образ жизни и такие численные соотношения, которые вместо постепенного исчезновения жертвы или хищника обеспечивают их существование, т. е. осуществляется биологическая регуляция популяций.
Паразитизм - форма антагонистических взаимоотношений двух организмов разных видов, когда один из этих организмов (паразит) использует другого (хозяин) в качестве источника питания и среды обитания находясь внутри или на поверхности его тела. Паразиты питаются переваренной пищей или тканями хозяина.
Критерием паразитизма является специфичность, т. е. большая зависимость паразита от конкретной таксономической группы, за счет которой он существует, приобретая специализированные морфологические и биологические приспособления к хозяину. Паразиты используют в пищу организм хозяина постепенно, сохраняя его жизнь до окончания своего жизненного цикла.
В зависимости от длительности контакта паразитов с организмом хозяина различают
паразитизм стационарный (постоянный), когда паразит пребывает в организме в течение основного периода своего развития (малярийный плазмодий, некоторые плоские черви, паразитические амебы, из растений - повилика, заразиха и др.)
временный паразитизм (грибы-паразиты, аскариды, нематоды, болезнетворные бактерии и др.).
Паразитизм встречается и в мире растений. Например, паразитические грибы (спорынья, головня) живут за счет злаков; фитофтора паразитирует на пасленовых; некоторые виды лиан приносят вред бобовым, пасленовым и другим культурным растениям. Некоторые растения принадлежащие к паразитам способны к самостоятельному фотосинтезу (содержат пластидный аппарат), однако водно-минеральный раствор берут из ксилемного сока растения-хозяина (омела, марьянник, очанки и др.)
Среди паразитов различают эндопаразитов, живущих в теле своего хозяина и питающихся его тканями или содержимым пищеварительного тракта (паразитические черви, малярийный плазмодий). Эктопаразиты живут преимущественно на коже хозяина и обладают достаточной подвижностью, чтобы переходить от одного хозяина к другому (несекомые-гематофаги).
Животные-паразиты имеются в типе простейших (трипаносомы, лямблии, дизентерийная амеба, малярийные плазмодии), в типе плоских червей (печеночный сосальщик, эхинококк, свиной и бычий цепни), в типе круглых червей (аскарида, острица, власоглав), в типе кольчатых червей (пиявка медицинская), в типе членистоногих (клещи, комары, москиты, вши, блохи).
Антибиоз - форма антагонистических взаимоотношений организмов, когда один из них угнетает жизнедеятельность других чаще всего выделением особых веществ, так называемых антибиотиков и фитонцидов. Антибиотики выделяются низшими растениями (грибы, лишайники), фитонциды - высшими. Так, гриб пеницилл выделяет антибиотик пеницилл, подавляющий жизнедеятельность многих бактерий; молочнокислые бактерии, обитающие в кишечнике человека, подавляют гнилостные бактерии. Фитонциды, оказывающие бактерицидное действие, выделяют сосна, кедр, лук, чеснок и другие растения. Фитонциды применяются в народной медицине и врачебной практике.
Различают формы антибиоза:
Аменсализм - взаимоотношения, при которых один вид создает отрицательные условия для другого, однако сам при этом не испытывает противодействия. Таковы взаимоотношения между плесневыми грибами, продуцирующими антибиотики, и бактериями, жизнедеятельность которых при этом подавляется либо существенно ограничивается.
КОММЕНСАЛИЗМ, сосуществование двух разных организмов, полезное для одного из них (комменсала) и безразличное для другого (хозяина).
Aллелопатия - взаимодействие растительных организмов в фитоценозах - химическое взаимовлияние одних видов растений на другие посредством специфически действующих корневых выделений, продуктов метаболизма надземной части (эфирных масел, гликозидов, фитонцидов, которые объединяются единым термином - калины). Чаще всего аллелопатия проявляется в вытеснении одного вида другим. Например, пырей или другие сорняки вытесняют или угнетают культурные растения, орех или дуб своими выделениями угнетают травянистую растительность под кроной и т. д.
Изредка наблюдается взаимопомощь или благоприятный эффект от совместного произрастания (вико-овсяная смесь, посевы кукурузы и сои и др.).
Положительные межвидовые взаимодействия
Симбиоз (мутуализм) - форма взаимоотношений организмов разных систематических групп, при которой совместное существование взаимовыгодно для особей двух или более видов. Симбионтами могут быть лишь растения, растения и животные или только животные. Симбиоз различают по степени соединения партнеров и по их пищевой зависимости друг от друга.
Симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми, микориза некоторых грибов с корнями деревьев, лишайники, термиты и жгутиковые простейшие их кишечника, разрушающие целлюлозу их растительной пищи, - примеры пищеобусловленных симбионтов.
Некоторые коралловые полипы, пресноводные губки образуют сообщества с одноклеточными водорослями. Подобное соединение не с целью питания одного за счет другого, а только для получения защиты или механической опоры наблюдается у лазящих и вьющихся растений.
Интересной формой сотрудничества, напоминающей симбиоз, являются отношения между раками-отшельниками и актиниями (актиния использует рака для передвижения и одновременно служит ему защитой благодаря ее стрекательным клеткам), часто усложняемые присутствием других животных (например, полихетнереид), питающихся остатками пищи рака и актинии. В гнездах птиц, норах грызунов обитают постоянные сожители, использующие микроклимат убежищ и находящие там пищу.
На коре стволов деревьев поселяются разнообразные растения-эпифиты (водоросли, лишайники). Такая форма взаимоотношений между двумя видами, когда деятельность одного из них доставляет пищу или убежище другому, получила название комменсализм. Это одностороннее использование одного вида другим без принесения ему вреда.
Комменсалы имеются у многих морских животных (мелкие рыбки в полости голотурий, мальки ставриды под колоколом медуз и в мантийной полости каракатиц). Комменсалы другого типа живут в норках крупных морских червей, в муравейниках, термитниках, в норах грызунов, гнездовьях птиц и т. п., используя их как местообитание с более стабильным и благоприятным микроклиматом.
|
Наземно-воздушная среда обитания.Наземно-воздушная среда представляет для нас особый интерес, поскольку именно здесь — на границе двух оболочек Земли — обитает подавляющее большинство животных и растений. Нетрудно заметить, что эта среда качественно отличается от водной по своим физическим параметрам. С какими же проблемами столкнулись организмы при освоении суши и как научились их преодолевать?
Почва как среда обитания. Экологические факторы почвы. Живые организмы почвы. Почва — рыхлый поверхностный слой земной коры, преобразованный в процессе выветривания и населенный живыми организмами. Как плодородный слой, почва обеспечивает существование растений. Из почвы растения получают воду и питательные вещества. Листья и ветки, отмирая, «возвращаются» в почву, где разлагаются, высвобождая содержащиеся в них минеральные вещества. Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая часть составляет 80-98 % почвенной массы: песок, глина, илистые частицы, оставшиеся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса (их соотношение характеризует механический состав почвы). Содержание воды (жидкая часть) в почве колеблется от долей процента до 40-60 %. Она участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания. Газообразная часть — почвенный воздух — заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух. Кроме того, в нем присутствуют метан, летучие органические соединения и др. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов, представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях. В поверхностных слоях почвы обитает множество организмов-разрушителей — бактерий и грибов, мельчайших членистоногих и червей, термитов и многоножек. На 1 га плодородного слоя почвы (толщиной 15 см) приходится около 5 т грибов и бактерий По механическому составу (размеру почвенных частиц) различают почвы песчаные, супесчаные (супеси), суглинистые (суглинки), глинистые. По генезису почвы делятся на дерново-подзолистые, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые и др. К отрицательным техногенным факторам можно отнести чрезмерное внесение в почву минеральных удобрений и ядохимикатов. Широкое использование минеральных удобрений в сельскохозяйственном производстве порождает ряд проблем. Ядохимикаты подавляют биологическую активность почвы, уничтожают микроорганизмы, червей, снижают естественное плодородие почвы.
Водная среда обитания. Экологические факторы водной среды. Живые организмы водной среды. Адаптивные особенности водных организмов. Вода как среда обитания имеет ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Водоемы и отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием взвешенных частиц. Для жизни придонных организмов имеют значение свойства грунта, режим разложения органических остатков и т. п. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям. Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. В любом водоеме можно выделить различные по условиям зоны. Экологические группы организмов водной среды Бентос - это такие организмы, которые прикреплены к грунту, лежат на нем или живут в толще осадков (фитобентос, бактериобентос и зообентос). Перифитон – животные и растения, которые прикреплены либо удерживаются за стебли и листья растений или за любые поверхности, возвышающиеся над дном и плавающие по течению воды. Планктон – свободно плавающие растительные или животные организмы. Нектон – активно плавающие организмы с обтекаемыми формами тела, не связанные с дном (кальмары, рыбы, киты, ластоногие и т.д.). Нейстон - микроорганизмы, растения и животные, обитающие у поверхности воды между водной и воздушной средами. Это бактерии, простейшие, водоросли, личинки. Плейстон - гидробионты, частично находящиеся в воде, а частично над ее поверхностью. Это парусники, сифонофоры, ряска и членистоногие. Обитателей рек называют потамобионтами. Водная среда обитания характеризуется своеобразными условиями жизни. На распределение организмов большое влияние оказывают температура, свет, водные течения, давление, растворенные газы и соли. Условия жизни в морских и континентальных водах резко отличаются. Морская вода является более благоприятной средой, близкой к физиологическому раствору. Континентальные воды для их обитателей менее благоприятны.
Факторы водной среды Водная среда обитания, так называемая гидросфера, занимает до 71% площади всей планеты. Объем воды составляет почти 1,46 млрд. куб. км. Из них 95% - это Мировой океан. Пресная вода состоит из ледниковой (85%) и подземной (14%). Озера, пруды, водохранилища, болота, речки и ручьи занимают немногим более 0,6% от общего количества пресной воды, 0,35% заключено в почвенной влаге и атмосферных парах.-
Водная среда обитания населена 150 тысячами видов животных (а это 7% от всех живых существ Земли) и 10 тысячами видов растений (8%). В районе экватора и тропических зон мир животных и растений наиболее разнообразен. При удалении от этих поясов в северном и южном направлении качественный состав водных организмов становится беднее. Организмы Мирового океана сосредоточены преимущественно у берегов. Жизнь практически отсутствует в открытых водах, расположенных вдали от берегов.- | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Организм, как среда обитания.
Живой организм может также служить средой обитания - для паразитов и симбионтов. Например, человеческий организм является средой обитания для огромного числа различных симбионтов (прежде всего, нормальной микрофлоры кишечника), а не редко - и паразитов (разнообразных плоских и круглых червей, простейших). Организм как среда обитания характеризуется определенным постоянством (гомеостазом). В то же время некоторые виды паразитов вынуждены противостоять агрессивной среде организма (например, агрессивной среде желудочно-кишечного тракта) и иммунной системе орагинзма. Организм, как правило, обеспечивает паразитов и симбионтов питательными веществами, находящимися в доступной форме и не требующими дальнейшего пищеварения и переработки. Поэтому у большинства паразитов наблюдается упрощение строения (редукция) органов пищеварения. Стратегия их выживания направлена на оставление как можно большего числа потомков, формирование защитных механизмов и приспособлений к рапространению. 10. Популяция. Основные характеристики популяции: численность, структура, рождаемость, смертность, скорость роста популяции. Модели роста популяций: экспоненциальный, логистический. Биотический потенциал.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||