Напруженість екологічного фактора

Між цими критичними значеннями і розташована зона екологічної толерантності.

У межах зони екологічної толерантності напруженість факторів середовища є різною. Поряд з критичними точками розташовані песимальні зони, в яких активність організму значно обмежена дією зовнішніх умов. Далі розташовані зони комфорту, в яких спостерігається чітке зростання екологічних реакцій організму. В центрі знаходиться зона оптимуму, яка є найсприятливішою для функціонування організмів.

Схема стосунків в діапазоні екологічної толерантності була запропонована в 1924 р. німецьким екологом і зоогеографом Р.Гессен, який назвав її валентністю екологічних факторів. Варто зазначити, що крива, яка представляє екологічну валентність у межах зони толерантності, не завжди має симетричний вигляд із оптимальною зоною, розташованою в центрі. Наприклад, для прісноводних організмів оптимум знаходиться в нижній межі вмісту солі у воді, тоді як у морських організмів - на протилежному кінці мінливості фактора - в зоні толерантності, де вміст солі найвищий.

Закон Гаузе відомий під назвою принципу Гаузе.

Міжвидова конкуренція - це активний пошук представниками двох або декількох видів одних і тих самих кормових ресурсів середовища місцезростання рослин або проживання тварин.

Конкуренція - це явище, яке спостерігається при використанні різними особинами одного й того ж джерела енергії.

Розрізняють:

а) активну (один з видів своєю поведінкою не дає доступу іншому до корму або облюбованого місця, мічення меж території вовками);

б) пасивну конкуренцію (в савані на 1 км² бачимо десятки травоїдних видів, які конкурують, але поводять себе толерантно один до одного).

Два види з абсолютно однаковими потребами не можуть існувати разом: один з них через деякий час обов'язково буде витиснений.

Проте, деколи два види, які мають однакові кормові потреби, живуть на одній території і не конкурують один з одним. Р. Дажо наводить приклад такого співжиття двох видів англійських бакланів - арістотелівського і карбо, які живуть на одних і тих самих скелях, однак як виявляється, виловлюють різний корм. Наприклад, баклан карбо пірнає глибоко і виловлює глибоководних камбалових риб і креветок, а баклан арістотелівський полює в поверхневих водах на оселедцевих риб і піскарів (кобликів).

Чому ж тут не спостерігається кормова конкуренція? А тому, що кожний із видів в процесі еволюції пристосувався до своєї екологічної ніші.

Кожна популяція існує в певному місці, де поєднуються ті чи інші абіотичні та біотичні фактори. Якщо вона відома, то існує ймовірність знайти в даному біотопі саме таку популяцію. Але кожна популяція може бути охарактеризована ще і її екологічною нішею.

Екологічна ніша - фізичний простір з властивими йому екологічними умовами, що визначають існування будь-якого організму, місце виду в природі, що включає не лише становище його в просторі, а й функціональну роль у біоценозі та ставлення до абіотичних факторів середовища існування. Екологічна ніша характеризує ступінь біологічної спеціалізації даного виду.

Термін екологічна ніша був уперше вжитий американцем Д. Гріннелом у 1917р. Згодом, у 1933 р., його співвітчизник Ч.Елтон дав нове визначення цього поняття: екологічна ніша являє собою не лише певні умови середовища але й спосіб життя і спосіб добування їжі. За образним висловлюванням Ю. Одума (1975), місцезростання - "адреса" організму, а екологічна ніша -його "професія".

В 1952 р. англійський еколог Дж. Хатчинсон увів поняття багатовимірної ніші, під якою розумів систему з багатьма координатами екологічного простору в екосистемі, де проживає і відтворює себе особина (або популяція). Американський еколог Е. Піанка (1981) визначає екологічну нішу як загальну суму адаптацій організмової одиниці до певного середовища. Як і у випадку терміни "середовище", ми можемо говорити про нішу особини, популяції або виду. Різниця між оточуючим середовищем і нішою організму полягає в тому, що цей термін відбиває здатність організму засвоювати своє середовище і вказує шляхи фактичного використання.

Екологічна ніша є функціональним поняттям. За уявленнями спеціалістів, які розробили концепцію екологічної ніші, вона є тим діапазоном умов, за яких живе та відтворює себе популяція. При цьому екологічна ніша сприймається не як об'єм фізичного простору, а як характеристика популяції стосовно всієї системи абіотичних та біотичних факторів, при яких вона може існувати.

Щодо кожного конкретного фактору чи умов життя кожен вид має свою амплітуду, при якій він може існувати. Але оскільки факторів існування у тварин та рослин багато, то екологічну нішу можна уявити собі як область в багатомірному просторі факторів, при яких може існувати дана популяція.

Кожній популяції характерна фундаментальна екологічна ніша, що представляє собою комплекс екологічних факторів, необхідних для даного виду при відсутності конкурентів. Цей тип ніші відповідає потенційним можливостям виду. На відміну від цього, реалізована екологічна ніша охоплює ту амплітуду умов, яка доступна виду в присутності його конкурентів. Реалізована ніша, як правило, в тій чи іншій мірі менша фундаментальної.

Диференціювання за екологічними нішами є дуже важливим механізмом утворення угруповань рослин та тварин. Воно забезпечує співіснування видів в одному і тому ж біоценозі. Видове різноманіття завжди вище тоді, коли процес диференціації ефективний, що простежується в мозаїчних багатих біоценозах. У тварин механізм диференціації за екологічними нішами часто буває досить сильним. Рослини, навпаки, часто мають подібні екологічні ніші, оскільки в принципі у них однакові джерела живлення-сонячна радіація, вода, поживні речовини ґрунту. Але й тут завжди є диференціація: види можуть займати різні яруси, з метою пом'якшення конкуренції за опилювачів, або квітнуть вони в різний час і т.п.

При конструюванні штучних біоценозів прийняття до уваги процесу диференціювання за екологічними нішами забезпечує створення стійких угруповань та отримання більшої кількості біопродукції.

Екологічна ніша - фізичний простір з властивими йому екологічними умовами, що визначають існування будь-якого організму, місце виду в природі, що включає не лише становище його в просторі, а й функціональну роль у біоценозі та становлення до абіотичних факторів середовища існування. Екологічна ніша характеризує ступінь біологічної спеціалізації даного виду.

Місцезростання - це адреса мешкання виду, а екологічна ніша - це система занять в тій системі видів, до якої він належить. Іншими словами, знання екологічної ніші дає можливість відповісти на питання як, де і чим живиться вид, чиєю здобиччю є сам, яким чином і де він відпочиває і розмножується, які для нього необхідні умови середовища (температура, вологість)

Ю. Одум

Хижі птахи (сокіл, яструби)

Комахоїдні птахи (повзик, дятел, дрізд)

Комахи-фітоФаги (гусінь, листовійок, п'ядунів, хрущі)

Автотрофні рослини (дуб, липа)

Спрощена схема трофічних рівнів (Злобін, 1998).

Закони термодинаміки в живій природі:

1 .Енергія ні з чого не утворюється, а може тільки перейти із одної форми у другу.

2. При виконанні роботи енергія не може передаватись на 100%, втрата неминуча, яка виділяється у формі тепла.

В екології дані закони більш відомі як закон вічності матерії: "... ніщо в природі не зникає безслідно". Розуміння цих законів є необхідність при оцінці харчових рівнів та трофічних зв'язків, які існують в живій природі. В екосистемі органічних речовини утворюються автотрофними організмами, які в свою чергу служать кормом для гетеротрофів. Кожен компонент трофічного ланцюга називається трофічним рівнем.

Основною для функціонування трофічного ланцюга є енергія Сонця, тобто зовнішнє джерело, енергія якого акумулюється всіма живими організмами.

Перший трофічний рівень представлений автотрофами, або як їх прийнято називати в екології, - продуценти. Це переважно нижчі та вищі рослинні організми. Продуцентами є не тільки фотосинтизуючі організми.

Незначну долю продуцентів складають хемосинтезуючі організми, які використовують енергію хімічних реакцій для синтезу речовини разом з тим, роль хемосинтетиків у функціонуванні системи незначна, тому що головна роль у енергетичній єдності системи належить фотосинтезуючим організмам.

Другий трофічний рівень представлений гетеротрофними організмами - консументами. В залежності від кількості енергії, яка акумулюється продуцентами, кількість рівнів консументів може бути різною. Саме консументи творять видову різноманітність системи. Серед консументів існує група організмів, які виділяються в окремий трофічний ряд, так як їх сукупність творить окремий трофічний ланцюг. До цієї групи відносяться організми деструктори - редуценти, послідовний ряд яких творить детритний харчовий ланцюг.

Отже, бачимо, що в екосистемі весь біотичний компонент пов 'язаний між собою і навколишнім середовищем, тобто всі живі організми системи пов'язані енергією, що проходить через систему і трансформуються і використовується самими живими організмами.

Контрольні запитання

1 Що таке екологія? Які завдання стоять перед екологією?

2 Які основні напрями екологічних досліджень?

3 Визначте основні структурні блоки сучасної екології

4 Які виділяють групи екологічних факторів?

5 Що таке абіотичні фактори?

6 Визначте кліматичні фактори та дайте їм характеристику.

7 Яким може бути характер змін екологічних факторів?

8 Яка роль світла в забезпеченні процесів життєдіяльності орга­нізмів? Які є пристосування організмів до існування в різних режимах освітлення?

9.Як температура впливає на процеси життєдіяльності? Як організми пристосовуються до існування в різних діапазонах температур?

10 Яку роль відіграє вода у житті організмів? Які є пристосування тварин і рослин до існування в умовах дефіциту вологи?

11 Які ви знаєте екологічні групи гідробіонтів? Які адаптації мають гідробіонти для існування в тій чи іншій зоні Світового океану?

12 Назвіть, які з екологічних факторів мають найбільший вплив на гідробіонтів? Яким чином організми до них пристосовуються?

13 Які організми населяють ґрунти? Які адаптації до середовища існування у них спостерігаються?

14 Що таке біотичні фактори?

15 Дайте характеристику та наведіть приклади нейтралізму, прото-кооперації, аменсалізму, хижацтва та міжвидової конкуренції.

15 Що таке коменсалізм? Наведіть приклади.

17 Що таке мутуалізм? Наведіть приклади.

18 Що таке паразитизм? Які існують форми паразитизму?

19 Сформулюйте закон оптимуму. Що таке межі витривалості?

20 Що таке екологічна валентність виду? Які види називають еврибіонтами, а які — стенобіонтами?

21 Які фактори мають назву обмежувальних (лімітуючих)? Яке їхнє значення для існування живих організмів?

22 Які Ви знаєте основні екологічні закони?

23 Що таке популяція? Чим пояснюється існування виду у формі популяцій?

24 Якими показниками характеризується популяція?

25 Що таке структура популяції? Які її види?

Література

1,10-18,82-102

3,5-62

ЛЕКЦІЯ № 2

Тема: Реакція організму на вплив факторів середовища

План: Демекологія – популяційна або демографічна екологія. Визначення популяції та її основних параметрів. Статистичні та динамічні показники популяції. Структури популяції.

Мета: знати значення статистичних та динамічних показників популяції; вміти пояснити структури популяції.

Демекологія вивчае стосунки в надорганізмовій системі - популяція-середовище.

Демекологія, або популяційна екологія, вивчає умови формування, структуру і динамку розвитку популяцій окремих видів, внутрішньовидових угрупувань, які називають популяціями.

Вид - це сукупність організмів з одними морфологічними структурами, які довгий час займають спільну територію, вільно схрещуються, дають плодовите потомство.

Ще в 18 ст. французький матеріаліст Бюффон писав, що вид з"являється тоді, коли особини залишають після себе нове покоління собі подібних.

К.Петрусевич 1978 р. визначає чотири критерії виду:

- морфологічний - особини різних видів, морфологічно розбіжні;

- географічний - кожен вид має ареал поширення;

- генетичний - особини одного виду необмежено плодовиті, особини різних видів у природі не схрещуються або ж дають безплідне потомство;

- екологічний - кожен вид має спецефічний спосіб використання і пристосування до середовища, займає певну екологічну нішу.

Становлення виду є процесом пристосування, який не зупиняється.

Завдання демекології - дослідження особливостей популяцій, їх видового складу, чисельності та густоти, народжуванності та смертності, поширення і характеру розселення організмів, вивчення внутрішньовидових і міжвидових стосунків у популяції.

Цей розділ має велике теоретичне і практичне значення, особливо для використання її для охорони видів, регулювання їх чисельності та динаміки (риболовство, мисливство).

Генофонд - сукупність генів однієї популяції (грузини - генофонд: руде волосся, сірі очі).

Фенофонд - зовнішне проявлення ознаки.

Задачі: динамічні ( змінюються в часі), статистичні (облік чисельності, народжувальності, смертності).

Організація на популяційному рівні

При будь-якому біологічному дослідженні виникає необхідність розмежування матеріалу, який ми маємо вивчити на певні одиниці, далі яких розподіл уже не проводиться. В генетиці це ген, в систематиці - вид, при вивченні екосистем біогеоценозу, характеристику якого ми будемо вивчати в наступних темах, це популяція, яка володіє певними характеристиками системи. Популяція є цеглиною, з якої і розпочинається власне екологія організмів будь-якої екосистеми, є першою надорганізмовою біологічною системою.

Термін "популяція" запозичений з демографії В. Іогансеном у 1905р. на позначення групи особин одного виду, які здатні до вільного існування, населяють певний простір протягом життя багатьох поколінь і відокремлені від інших подібних угруповань. Найістотнішими параметрами популяцій є динаміка чисельності особин, структура - вікова, статева, просторова, ієрархічна і густота населення. Популяція - елементарна еволюційна одиниця, екологічною ознакою якої є щільність, розподіл особин за віком і статтю, характер розміщення в межах екосистеми чи угрупування, тип росту та інше.

Як і більшість понять екології, термін "популяція" неоднозначний. Спеціалісти різного профілю, виділяючи популяції у природі, користуються різними критеріями.

Російський вчений В.Беклемішев (1960) звернув увагу, що на стан і самодія­льність популяцій значною мірою впливають не лише ті явища, які відбуваються всередині даної популяції, але і в сусідніх популяціях. На цій підставі він виділив ряд популяцій:

Незалежна популяція - розпоряджається достатнім потенціалом народжу­ваності, який дає змогу поповнювати їй втрати чисельності, довго існувати без мі­грації особин ззовні.

Напівзалежна популяція - може існувати лише завдяки розмноженню вла­сних особин в умовах низької чисельності. Імміграція особин ззовні відчутно впливає на наслідки заселення.

Залежною стає популяція тоді, коли народжуваність не покриває втрат чи­сельності. Така популяція не може існувати без імміграції особин ззовні.

Псевдопопуляція - це група особин якоїсь популяції, яка не має змоги розмножуватись у даному місці. Такі популяції утворюються завдяки міграції осо­бин із сусідніх угруповань і можуть існувати досить довго, беручи участь у біоценотичних процесах, однак без можливості поширення. Такими є популяції стеногалітів - організмів, які надзвичайно чутливі до концентрації солей у водному се­редовищі.

Періодична - популяція з'являється в незаселених біотопах або поза межа­ми радіуса даного виду впродовж кількох місяців або навіть кількох років. Її існу­вання пов'язане з періодичним виникненням сприятливих умов середовища.

Гемі популяція, тобто напівпопуляція, в якій виразно виступає відмінність життєвих вимог або умов існування в різних фазах життєвого циклу, а окремі постаті посідають різне місце в природі. Наприклад, личинки комара живуть у водоймищах, тоді як дорос­лі особини - в лузі.

Запропонована В.Беклемішеваим класифікація категорій популяцій розкри­ває функціональні особливості популяційних комплексів, їх розвиток у просторі і часі. Міграція виду на території, не зайняті популяцією, є прикладом вищої органі­зації живої природи, яким є біологічний вид розподілу на певній території та достатній відмежованості від популяцій того ж виду. У цьому випадку популяцію називають локальною.

Механізми ізоляції окремих популяцій бувають двох типів: територіальні та репродуктивні. У першому випадку межами між популяціями виступають певні бар'єри: гірський хребет, річка і т.п. У другому випадку ізоляцією є неможливість схрещування між особинами різних популяцій. Наприклад, особини конюшини гірської на південному та на північному схилах одного й того ж пагорба можуть належати до різних популяцій, оскільки на північному схилі цвітіння починається тоді, коли цвітіння на південному схилі вже пройшло.

Вивчення популяційної структури виду має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення при здійсненні заходів з раціонального природокористування. Важливо знати загальні біологічні властивості виду, а також як впливає зовнішнє середовище на його формування. Знання екології популяцій особливо необхідні під час цілеспрямованої інтродукції. Досвід попередніх років показує, що навіть "корисні" види, їх інтродукція може призвести до повної перебудови екосистеми та зникнення аборигенних видів. Як класичний приклад можна згадати інтродукцію кролика, який за короткий період став основним конкурентом усім травоядним тваринам на Австралійському континенті. Слід відмітити, що це явище краще прослідкувати на тваринах і набагато складніше на рослинах. Разом з тим рослини інтродуценти є не менш активними чинниками при деструктивних змінах екосистем. Як правило, інтродукований вид є агресивніший по відношенню до аборигенних видів, йому на початкових етапах людина створює більш сприятливі умови.

Отже, штучно скорочується час адаптації виду до нових умов. Нерідко нові види привносять з собою і види, які трофічно з ними пов'язані, але як не дивно нерідко шкодять більше аборигенним видам. Вивчаючи популяцію, ми визначаємо не тільки її сучасний стан, але намагаємось провести аналіз стану даної популяції в минулому та провести прогноз просту під впливом різних факторів.

Статистичні показники популяції

Вивчають кількісні зміни в розвитку суспільства, в народному господарстві (кількісний облік тварин, рослин, людей).

Роздивимось статистичні показники на чисельності населення за національностями в м.Шостка і районі.

		м.Шостка	Шосткинський р-н.
	Усе населення	87200	24749
	Українці	75634	23475
	Росіяни	8010	993
	Білоруси	263	90
	Євреї	106	31
	інші націон.	3187	160

Чисельність постійного населення за статтю та віком

за даними всеукраїнського перепису населення 2001 року

	м.Шостка			Шосткинський р-н
	Обидві статі	чоловіки	жінки	обидві статі	чоловіки	жінки
Все населення	87 200	39 144	48 056	24 749	11 185	13 564
0 - 4	3221	1587	1634	802	388	414
5 - 9	4121	2168	1953	976	497	479
10 - 14	6021	3042	2979	1442	754	688
15 - 19	6696	3356	3340	1436	745	691
20 - 24	6094	2995	3099	1415	729	686
25 - 29	6748	3254	3494	1352	747	605
30 - 34	6428	2956	3472	1251	685	566
35 - 39	6538	2923	3615	1499	760	739
40 - 44	7178	3203	3975	1783	906	877
45 - 49	7449	3214	4235	1930	999	931
50 - 54	7361	3208	4153	1810	906	904
55 - 59	3714	1610	2104	1100	509	591
60 - 64	5489	2264	3225	2073	853	1220
65 - 69	3129	1247	1882	1507	554	953
70 - 74	3105	1127	1978	1834	632	1202
75 - 79	2168	526	1642	1429	323	1106
80 - 84	895	223	672	646	131	515
85 - 89	454	98	356	366	53	283
90 - 94	120	27	93	119	14	105
95 - 99	17	3	14	9	-	9
100 і старше	2	-	2	-	-	-
вік не вказаний	252	113	139	-	-	-