4. 3Акономерности зависимости организмов от факторов среды

Экологические факторы среды чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на них по-разному. Тем не менее, есть общие некоторые законы, которым подчиняются ответные реакции организ­мов на любой фактор среды.

Закон оптимума. Согласно этому закону, любой экологический фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организм. Влияние экологических факторов на организм может быть положительным (оптимальным) и отрицательным (угнетающим). Благоприятная сила воздей­ствия называется зоной оптимума экологического фактора. Чем сильнее от­клонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). В зоне оптимума жизнь организ­ма наиболее комфортна, и он затрачивает на ее поддержание минималь­ное количество энергии. В зонах пессимума для поддержания жизнедея­тельности приходится тратить энергии много больше и включать специ­альные «механизмы выживания». Например, для согревания в холоде теплокровные животные затрачивают энергию, накопленную в жировых тканях. Растения в условиях пессимума затрачивают большую часть про­дуктов фотосинтеза на дыхание и медленно растут.

Максимально и минимально переносимые значения фактора - это кри­тические точки, за пределами которых существование невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называются экологической валентностью.

фактора

Рис.1. Схема действия факторов среды на живые организмы. 1,2- кри­тические точки.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например песцы в тундре способны переносить колебания температуры воздуха в диа­пазоне от +30 до - 55 С. Один из видов рачков выдерживает изменения тем­ператур в интервале не более 6С (от 23 до 29С). Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиатическим факторам среды обознача­ют добавлением к названию фактора приставки «эври». Большинство видов деревьев средней полосы Европы выцерживает колебания температуры в пределах 60°С. Эта эвритермность во многом связана со способностью де­ревьев переживать холодное время года в состоянии покоя.

Неспособность переносить значительные колебания фактора характери­зуется приставкой «стено».

Неоднозначность действия фактора на разные функции. Оптимумы и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Для разных этапов жизненного цикла часто характерен свой оптимум. Икра лососей может развиваться только в интервале темпера­тур от 0 С до + 12 С, а взрослые особи переносят колебания от -2 С до + 20 С. Как оптимум так и границы устойчивости организмов можно в определенных пределах сдвинуть направленным влиянием внешних условий. Можно, на­пример, аквариумных рыб приучить к жизни в более холодной или теплой воде.

К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно независимым путем. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не озна­чает соответствующей экологической валентности вида по отношению к другим факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, со­всем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колеба­ниям влажности. Это создает чрезвычайное многообразие приспособлений в природе.

Правило экологической индивидуальности. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факто­рам. По этой причине при изменении условий среды в пространстве (например, от сухой вершины холма к влажному логу) или во времени (при пересыхании озе­ра, усилении выпаса, зарастании скал) состав природных систем изменяется по­степенно.

Закон ограничивающего фактора и закон толерантности.

Согласно закону, сформулированному Ф.Блекманом, даже единствен­ный фактор за пределами своего оптимума затрудняет существование ор­ганизма и может привести к его гибели; тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального для организма значений и является для него наиболее значимым. Именно от этого фактора и зависит в тот или иной мо­мент выживание особи. Для многих животных в условиях умеренного климата лимитирующим фактором является глубина снежного покрова. Свободное пере­мещение по глубокому снегу свойственно сравнительно небольшому числу ви­дов, имеющих «лыжи» (заяц-беляк, заяц-русак, белая куропатка) или отличаю­щихся «длинноногостью» (лось). Глубокий снег является препятствием для пере­мещения волка и кабана.

Лимитирующим может быть как фактор, находящийся в минимуме, так и в максимуме. Например, растения погибают как от недостатка воды, так и от переувлажнения. На это обращает внимание позднее сформулированный закон толерантности В. Шелфорда: лимитирующим фактором процветания может быть как фактор, находящийся как в максимально, так и мини­мальном значении, диапазон между которыми определяет величину толе­рантности.

Из-за ограниченного диапазона толерантности отдельные виды не мо­гут распространиться по всему земному шару. Так, например распределение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по темпе­ратурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Человек как существо не только биологическое, но и социальное обла­дает исключительной экологической выносливостью. Он может жить и в пустыне, и на Крайнем Севере, и даже в космосе. В экстремальных условиях (в зоне физиологического угнетения, а порой в безжизненной зоне) человек сам создает себе необходимые условия. Но возможности такого рода не без­граничны. Так, если нужный микроклимат более или менее научились вос­производить (благодаря одежде и жилищу), то искусственно поддерживать оптимальный состав воздуха для большого числа людей пока не представля­ется возможным.

Закон взаимодействия факторов. Согласно данной закономерности, оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к ка­кому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. На­пример, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза за­мерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветрен­ную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испаре­ние. Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет оп­ределенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя.

Вопросы студентам во время прочтения лекции

1. Каковы особенности основных сред обитания живых орга­низмов?

2. Какие классификации экологических факторов существуют?

3. Какой принцип положен в основу различения факторов-ресурсов и факторов-условий?

4. В чем состоит экологическая роль света?

5. Какую роль играет вода в жизни организмов?

6. Охарактеризуйте значение кислорода как экологического фактора.

7. Расскажите о пространстве как факторе-ресурсе.

8. Какие варианты использования организмов как ресурсов вы знаете?

9. Как температура среды влияет на развитие организмов?

10. В каких условиях влажность воздуха может стать ресур­сом?

11. Почему соленость воды не опасна для морских организ­мов?

12. В чем сущность закона оптимума?

13. В чем заключается неоднозначность действия факторов?

14. Раскройте связь закона ограничивающего фактора и зако­на толерантности факторов?

15. Как взаимодействуют факторы?