2. Экологические факторы

Фундаментальными понятиями экологии являются:

1. Экологический фактор

2. Экологическая среда

3. Среда обитания

4. Условия существования

В 1861 г. Сеченов писал: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, и поэтому в научное определение организма всегда должна входить среда, влияющая на него».

Среда обитания – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное влияние.

От среды обитания необходимо отличать условия существования. Это совокупность факторов, необходимых для обеспечения жизни вида. Они определяют приспособленность вида к условиям окружающей среды, и если таких условий нет – вид существовать не может.

Элементы среды (экологические факторы) для каждого организма неравноценны, поэтому экологические факторы подразделяются на средообразующие (не лимитируют деятельность организма) и влияющие на организм (лимитируют).

По способу действия на организм факторы подразделяются на прямодействующие (свет, температура) и косвеннодействующие (если есть полынь, она будет горчить, если выпить молока от коровы, которая питалась полынью, оно тоже будет горчить).

По изменчивости факторы подразделяются на изменчивые и неизменные. Изменчивые факторы могут быть регулярно-периодическими (к примеру, в связи с изменением сезонов, времени суток и т.д.), нерегулярными (извержение вулкана, землетрясение и т.п.) и направленными на протяжение длительного времени (например климат в процессе эволюции Земли иссушается).

Факторы могут быть простыми (тепло, свет, вода) и комплексными (климат, рельеф, почва).

По характеру воздействия на организм факторы могут выступать как:

1. Раздражитель. Это приводит к адаптациям.

2. Ограничитель. Обуславливает существование в определенных рамках.

3. Модификатор. Вызывает структурные изменения.

4. Сигнал. Свидетельствует об изменении других факторов.

Таким образом, в зависимости от того, какой критерий положен в основу классификации экологических факторов можно выделить различные их категории. Наиболее распространенной классификацией в настоящее время является классификация, основанная на их природе:

1. Абиотические. Это комплекс взаимоотношений организмов и окружающего их неорганического мира (климатические, космические, планетарные, химические, почвенные, факторы рельефа). Данные факторы влияют на организм прямо (свет, тепло) и косвенно (рельеф обуславливает действие прямых факторов). Космические и планетарные факторы – это солнечное излучение, а так же основные параметры планеты Земля как небесного тела: форма, вращение, наклон оси. К примеру, вращение Земли вокруг Солнца обеспечивает смену времен года, смену дня и ночи. Наклон земной оси и форма нашей планеты влияют на распределение тепла по поверхности Земного шара. К климатическим факторам относятся температура, свет, влажность воздуха, атмосферное давление, осадки, ветер. Климат во многом определяет формирование экосистем внутри географических поясов. К почвенным факторам относятся: тепловой режим, влажность и плодородие почвы. Где плодороднее почва там обильнее растительность и, соответственно, разнообразее животный мир.

2. Биотические. Это разнообразные типы взаимоотношений живых организмов между собой (фитогенные, зоогенные). К примеру, опыление насекомыми растений, поедание одних животных другими, паразитизм. Биотические взаимодействия имеют чрезвычайно сложный и специфический характер и могут быть прямыми либо косвенными.

3. Антропогенные. Это группа экологических факторов, связанных с взаимоотношениями человека и окружающего его мира. Рассматривается не только воздействие человека на окружающую среду как организма, но и опосредованное влияние – в результате его хозяйственной деятельности, которая является крупномасштабной. Вырубка лесов, распашка полей, истребление животных и растений, загрязнение водного бассейна, почвенного покрова и атмосферы, работа промышленных предприятий и многое другое относится к прямому антропогенному воздействию на окружающую среду.

Каждый фактор безусловно действует на живые организмы с большой долей специфики, но тем не менее в действии каждого фактора на любые организмы проявляются общие закономерности.

1. Важнейшей особенностью экологических факторов является их совместное действие в окружающей среде. Ни один фактор не действует на живой организм автономно. Любая реакция живого организма является многофакторно обусловленной.

2. Действие одного и того же фактора на разные организмы не одинаково. К примеру, ветер зимой очень неблагоприятен для крупных животных и нейтрален для мышей.

3. В конкретных условиях для конкретных организмов выделяется ведущий, наиболее важный фактор.

4. Факторы могут не изменяться на протяжение длительного времени (соленость океана, гравитация Земли и т.д.), а некоторые факторы могут быть очень изменчивыми (свет, температура и т.д.).

5. Между экологическими факторами происходят различного рода взаимодействия: монодоминантность, синергизм, антагонизм и провокационность. Монодоминантность – это явление, когда один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма (полное отсутствие либо переизбыток в почве минеральных удобрений препятствует поглощению растениями других элементов). Синергизм – это взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Антагонизм – это взаимное подавление нескольких факторов отрицательной обратной связью (к примеру увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов, что приводит к сокращению численности этой популяции). Провокационность – это сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, когда влияние отрицательных усилено влиянием положительных (в результате ранней оттепели растения впоследствии страдают от заморозков).

6. Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомства. Непродолжительные воздействия могут не имеет последствий, в то время как продолжительные воздействия посредством естественного отбора ведут к качественным изменениям.

7. Ж ивым организмам, а особенно растениям и ведущим малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность. Это способность существовать в более или менее широких диапазонах значение экологических факторов. При различных значениях фактора организм ведет себя неодинаково. Выделяют значения фактора, при котором организм существует в наиболее комфортных для него условиях (наблюдается быстрый рост, размножение, проявляются конкурентные способности). По мере увеличения или уменьшения значения фактора организм начинает испытывать угнетение, что приводит к ослаблению его жизненных функций, а при экстремальных значениях приводит к гибели. Графически такая реакция организма на изменения значений факторов изображается в виде кривой жизнедеятельности (рис. 1):

Рис. 1. Кривая жизнедеятельности многолетнего растения

Выделяются следующие кардинальные точки: точки минимума (min) и максимума (max), точка оптимума (opt), а так же зоны: зона оптимума, зоны пессимума (pes), зона жизнедеятельности, зоны покоя и зона жизни. Точки min и max – это крайние значения фактора при которых возможна жизнедеятельность организма. Точка opt – наиболее благоприятное значение фактора, зона opt ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора. Зоны верхнего и нижнего pes – это диапазоны значений фактора, при которых организм испытывает сильное угнетение, зона жизнедеятельности показывает диапазон значений фактора, где он активно проявляет свои жизненные функции. Зона верхнего и нижнего покоя – это крайне неблагоприятные значения фактора, при которых он остается живым, но переходит в состояние покоя. Зона жизни отражает диапазон значений фактора, при котором он остается живым. За границами зоны жизни находятся летальные значения фактора.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда проявляются фенотипически, а в генотипе кодируется лишь предел возможных изменений – норма реакции, которая определяет степень пластичности организма.

Климатические факторы

Значение тепла, как фактора среды обусловлено прежде всего тем, что процессы жизнедеятельности в живых клетках и организме в целом протекают на известном тепловом фоне, который определяется количеством тепла и продолжительностью жизнедеятельности. Для нормального развития любого живого организма в течении его жизни требуется определенное количество тепла, которое определяется суммой эффективных температур:

∑T=(tº-tºn)*C

где C – число дней в году, tº - температура, при которой организм развивается, tºn – минимальная температура, при которой возможно развитие;

Пороги развития для разных групп организмов различны и в связи с этим выделяют 2 группы живых организмов:

- Криофилы. Это живые организмы холодных поясов. У них низкий нижний порог развития;

- Термофилы. Это организмы теплых поясов;

В зависимости от отношения температуры тела к условиям окружающей среды, все живые организмы подразделяются на 3 группы:

1. Пойкилотермные или хладнокровные (t тела = t окружающей среды). К ним относятся растения, насекомые, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Температура растений может быть и ниже температуры окружающей среды (летом из-за испарения);

2. Гомеотермные или теплокровные. Живые организмы с постоянной температурой тела, независимо от условий окружающей среды;

3. Гетеротермные. Это теплокровные организмы, впадающие в спячку, во время которой температура тела резко понижается. Для обеспечения постоянной температуры тела такие животные формируют жировой запас;

Даже у теплокровных организмов все жизненные процессы протекают в определенных температурных рамках (рис. 1). Живые организмы приспосабливаются к любому фактору среды и характер таких адаптаций как пассивный, так и активный характер. По отношению к теплу в зависимости от пределов колебания теплового фактора, организмы подразделяются на :

- Эвритермные. Обитают в широких рамках колебаний температур;

- Стенотермные. Обитают в низких диапазонах колебаний;

Адаптация к теплу пассивного характера выражается в подчинении жизненных функций ходу жизненных температур. Пассивный путь адаптации присущ растениям (изменение интенсивности испарения, расположение листьев, накопление сахаров, связывающих воду и т. д.). Животным присущ активный путь адаптации, который заключается в химической, физической, поведенческой терморегуляции. Наряду с активными адаптациями у животных проявляются и морфологические приспособления – жировой слой, меховой покров.

Вода является важнейшим экологическим фактором в биосфере. Вода участвует во всех жизненно важных процессах – размножение, фотосинтез, дыхание, поступление и транспорт веществ. Вода является не только фактором, но и средой обитания.

Основным источником воды для живых организмов являются атмосферные осадки, количество которых очень неравномерно. Однако для жизнедеятельности очень важно не только количество выпадающих осадков, но и соотношение выпадающей и испаренной влаги. Помимо количества осадков для живых организмов имеет значение их дозировка и форма. Наиболее удобная форма осадков – дождь. Помимо дождя это может быть снег, лед, ожеледь, град, роса и туман. Большая часть воды независимо от формы попадает в почву, где принимает следующие формы:

- гравитационная вода. Это вода крупных полостей, очень быстро попадает в почву под действием силы тяжести. Это наиболее доступная форма воды и в почве надолго не задерживается;

- капиллярная вода. Заполняет почвенные капилляры (мелкие полости) и удерживается там так же силой тяжести;

Большинство живых организмов по отношению к влаге являются эврибионтными и подразделяются на 3 группы:

1. Гигрофиллы или влаголюбивые;

2. Мезофиллы (большинство животных, растения умеренной зоны);

3. Ксерофиллы (насекомые, пустынные животные и растения);