3. Общие закономерности действия экологических факторов на организмы.

Любому живому организму вообще необходимы температура, вода, солнечный свет, пища, или какие-нибудь другие экологические факторы, и их определенный режим. В первую очередь реакция организма зависит от количества фактора, бо­лее того любой живой организм подвергается одновременческому воздействию разных экологических факторов. Ученые за­нимались исследованием особенностей влияния экологических факторов на организм и сформулировали ряд закономерно­стей.

Одним из первых был закон минимума Либиха – немецкий химик изучал особенности питания растений и выяснил, что органические дозы любого из необходимых для растений веществ как макро- так микроэлементов ведет к одинаковому результату – и замедлению росту и развитию растений. В 1840 г. он сформулировал выявленную им закономерность – вели­чина урожая выражается количеством в почве того из элементов питания потребность растений, в котором удовлетворена менее всего.

Для иллюстрации Либих рисовал бочку и отмечал, что именно самое нижнее отвер­стие будет определять в ней уро­вень жидкости. Таким образом, исходя из идей Либиха, можно сформулировать данную закономерность в следующей форме: жизнедеятельность организмов определяется количеством экологического фактора, потребности организмов которых будут удовлетворяться в меньшей степени. Данная закономерность распространя­ется на все живое. У человека при недос­татке ка­кого-либо витамина наблюдается авитами­ноз (при нехватке витамина D – рахит, остеопороз), недостаток приводит к анемии. В последствии в закон Либиха были внесены следующие уточнения: закон неоднозначного действия фактора на раз­личные функции организма: любой экологический фактор неодно­значно селективно действует на функции организма. Бла­гоприят­ное значение фактора для одних процессов не всегда является таковым для других. Например, известно, что высокая темпе­ратура у холоднокровных организмов активизирует процессы обмена веществ, но за­медляет двигательную активность. Тем­пература, оптимальная для созревания икры у многих рыб, обитающих в умеренных широтах обычно неблагоприятно для икрометания. Потребление пищи способствует активизации процессов пищеварения, усиление кровотока к органам пи­щева­рения, снижает интенсивность дыхания.

Закон компенсации (взаимозаменяемости) фактора – отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другим близким или аналогичным фактором. Недостаток света у растений может быть скомпен­сирован в соответствии повышенным количеством углекислого газа, недостаток кальция восполняется радиоактивным стронцием, либо свинцом, то же самое можно сказать о калии и натрии – их недостаток компенсируется радиоактивным це­зием.

Закон незаменяемости фундаментальных факторов: полное отсутствие в среде фундаментальных экологических фак­торов не может быть заменено другими факторами (не солнечный свет, не воду).

Правило фазовых реакций «польза-вред»: малой концентрации токсичного экологического фактора действует на орга­низм в направлении усиления его функций, тогда как более высокие концентрации угнетают его или вызывают его гибель.

Закон лимитирующих факторов Шелфорда (закон толерантности): не только недостаток но и избыток какого-либо фактора негативно влияет на живой организм. Например, недостаток воды в почве нарушает ассимиляцию растениям пита­тельных элементов. Избыток воды нарушает процесс ассимиляции, т.к. у растений начинается гниль корней. У человека воз­никает гипервитаминоз при избытке витаминов. Таким образом, факторы среды наиболее эффективно воздействуют на орга­низм при некотором своем значении. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора при котором организм может со­хранять свою жизнеспособность, тем выше его устойчивость (толерантность) соответствующему фактору. Толерантность – это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для ее жизнедеятельности значений. Первые предположения о лимитирующем влиянии фактора было высказано в 1913 г. американским зоологом Шелфордом, который постановил закон толерантности – любой живой организм имеет определенные эволюционно унасле­дованные верхний и нижний пределы толерантности к любому экологическому фактору. В другой формулировке эта зако­номерность звучит следующим образом: даже единственный фактор, выходящий за пределы оптимального действия на орга­низм приводит к стрессовому состоянию этого организма и к его гибели. Поэтому любой уровень фактора приближается к любой границе диапазона выносливости организма и выходит за ее пределы, называют лимитирующим (ограничивающим) фактором. В целом данная закономерность рассматривается как закон оптимума.

Оптимум – это количество или доза экологического фактора, которая оказывает благоприятное влияние на живой ор­ганизм. Количество экологического фактора, которая угнетает жизнедеятельность организма, называется пессимумом.

Минимальное и максимальное переносимые значения экологического фактора за пределами, которых существование организма не возможно, называются критическими точками. Существует графическое изображение данного закона. Извест­ный эколог Оддум предложил дополнение к закону толерантности.

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого. Организмы с большим диапазоном толерантности, имеющие широкие пределы толерантно­сти называют эврибионтными организмами. Организмы, имеющие узкий диапазон толерантьности называют стенобионт­ными (водоросли, рыбы, моллюски).

2. Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов наиболее распространены.

3. Диапазон толерантности может с узиться в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма, т.е. в результате взаимодействия факторов между собой. Например, оптимальная (благоприятная) температура, но сильный холодный ветер.

4. Многие факторы среды становятся лимитирующими в особо важные критические периоды жизни организма (в пе­риод размножения, роста и развития, в период миграций).

5. Закон Митчерлиха-Бауле – закон совокупного действия факторов. Совокупность факторов сильнее всего воздействует на те факторы развития организмов, которые имеют наименьшую пластичность, т.е. минимальную способность к приспособлению. Существует ряд других закономерностей – изменчивость, вариабельность и разнообразие ответных реак­ций организмов на действие факторов среды у отдельных особей вида, степень выносливости, оптимум, пессимум и крити­ческие точки у различных особей вне совпадают. Например, минимальные критические точки у различных особей не совпа­дают. Например, минимальные критические температуры не одинаковые для разных стадий развития бабочки мельничной огневки. Для взрослых -22°С, для гусениц -7°С, а для яиц -27°С.

6. Несовпадение экологических спектров отдельных видов: каждый вид специфические по своим экологическим воз­можностям, поэтому весь набор толерантности по отношению к разным факторам (т.е. экологический спектр вида), даже у близким по способностям адаптации к среде видов существенно различаются (ель и сосна).