§ 44. Экологические факторы и закономерности их действия

Вопрос. Вспомните, в чём проявляются приспособления организмов к среде обитания. Какие условия являются определяющими в разных средах?

Ответ. Приспособленность организмов к среде обитания выражается в их способности выживать в определенной среде, вести успешную конкурентную борьбу и оставлять потомство. В разных средах существуют определенные условия.

1) Наземно-воздушная среда Ее особенностями будет являться большое разнообразие организмов, ведь она находится на стыке всех сред, также низкая плотность, резкие перепады температуры, а также перепады давления, достаточно высокое содержание кислорода. Среда обитания оказывает сильное влияние на организмы.

2) Водная среда обитания. Здесь мало кислорода, высокая плотность, перепады температуры крайне несущественны, давление на определенной глубине также постоянно. Прозрачность среды пониженная. Среда обитания оказывает влияние на расселение живых организмов в зависимости от глубины.

3) Почвенная среда обитания. Эта среда будет характеризоваться большой плотностью (самая плотная среда), низким колебанием температур и давления. Отсутствие света, что делает среду непрозрачной. Пониженное содержание кислорода. Обитателей почвы мы можем встретить только в верхних слоях.

4) Внутриорганизменная среда обитания. Ее особенность узкая специализация обитателей, перепады параметров среды обитания крайне незначительны, кислорода нет, температура постоянная.

Вопрос 1. Какие факторы среды обитания называют экологическими? На какие группы их классифицируют? Что взято за основу классификации?

Ответ. Отдельные условия среды обитания, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами (от лат. factor – делающий, производящий).

Различают абиотические, биотические и антропогенные экологические факторы. Абиотические факторы – все условия неживой природы: климатические (свет, температура, влажность, давление), почвенные (механическая структура почвы и ее состав), орографические (рельеф местности). Биотические факторы – все формы взаимодействия организмов друг с другом (влияние животных на растения, растений на животных, микроорганизмов на растения и животных). Антропогенные факторы – разнообразные виды человеческой деятельности, приводящие к изменениям природы как среды обитания организмов и непосредственно сказывающиеся на их жизни (загрязнение среды обитания отходами промышленности и сельского хозяйства, охота, вырубка лесов, распашка степей, осушение болот и др.).

Все экологические факторы в общем случае сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы – биотические, или биогенные. Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными, так и антропогенными, т. е. связанными с влиянием человека. Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым – преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окружающей среды.

Вопрос 2. Охарактеризуйте спектр действия экологических факторов на организмы. Приведите примеры факторов-раздражителей, ограничителей, модификаторов, сигналов. Какова их роль в жизни организмов.

Ответ. Экологические факторы влияют на организмы по-разному. Действуя как раздражители, они вызывают ответные реакции организмов физиологического и биохимического характера. Например, понижение температуры воздуха или воды приводит к замедлению обмена веществ у холоднокровных организмов, вызывает у них снижение уровня работы ферментов и переход к неактивному жизненному состоянию. Действуя как ограничители, экологические факторы делают невозможным существования тех или иных организмов в конкретных условиях среды. Так, недостаток влаги ограничивает распространение растений и животных в пустынях. Действуя как модификаторы, экологические факторы приводят к структурно-функциональным изменениям организмов. Например, постоянно дующие сильные ветры служат причиной формирования у деревьев и кустарников флаговых крон. Действуя как сигналы, экологические факторы информируют организмы об изменениях других факторов. Например, убывание светового дня служит сигналом для отлёта перелётных птиц в тёплые края, подготовки млекопитающих к зимовке.

Вопрос 3. Что такое биологический оптимум? Чем ограничены пределы выносливости организма к действию экологических факторов? Приведите примеры организмов.

Ответ. Зона наиболее благоприятного действия экологического фактора – биологический оптимум (от лат. optimum – наилучшее). Отклонения от биологического оптимума составляют зоны угнетения организма. Диапазон действия экологического фактора ограничен точками минимума и максимума и составляет пределы выносливости, или толерантности (от лат. tolerantia – терпение), организма, которые обусловливают его способность выдерживать отклонения фактора от оптимальных для себя значений. Организмы с широкими пределами выносливости называют эврибионтными (от греч. eurys – широкий и biontos – живущий). Они способны выдерживать значительные отклонения от биологического оптимума, т. е. обладают экологической пластичностью, или экологической валентностью. Так, серебристый карась способен жить в различных водоёмах – прудах, озёрах – с высоким и низким содержанием кислорода в воде. Организмы с узкими пределами выносливости – стенобионты (от греч. stenos – узкий и biontos – живущий) – не выдерживают отклонения от биологического оптимума. Например, ручьевая форель обитает только в реках с быстрым течением и высоким содержанием кислорода в воде.

Вопрос 4. Какой фактор называют ограничивающим или лимитирующим? Используя рис. 190, опишите, в чём сущность правила минимума Либиха.

Ответ. 3. Существуют ограничивающие, или лимитирующие (от лат. limes – предел), факторы, значения которых выходят за пределы выносливости организма, что делает невозможным его существование в данных условиях. Понятие лимитирующих факторов впервые ввёл в 1840 г. немецкий учёный Юстус Либих, который изучал влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве. Он сформулировал принцип: веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай растения и определяются его величина и устойчивость во времени. Этот принцип известен под названием правила минимума. В качестве его наглядной иллюстрации изображают бочку, у которой среди досок’ образующих стенки, имеется одна короткая доска. Ее длина определяет уровень до которого бочку можно наполнить водой. Можно сказать, что длина доски лимитирующий фактор для количества воды в бочке, причём длина других досок уже не имеет значения.

Вопрос 5. Угроза замерзания организма выше на морозе с сильным ветром, чем на таком же морозе, но в безветренную погоду. Объясните, с какой закономерностью действия экологических факторов это связано. Дайте физиологическое обоснование.

Ответ. 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. Взаимное действие факторов называют синергизмом.

Примеры:

Жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе.

Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Замерзание на морозе, с точки зрения физики, есть процесс теплообмена. Теплообмена организма с окружающей средой, – воздухом. У любого процесса должна быть движущая сила. В случае с замерзанием движущая сила процесса – разность температур тела и окружающего воздуха. Чем эта разность больше, тем активнее идет процесс. Если воздух вокруг тела неподвижен, то со временем разность температур уменьшается, и процесс отдачи тепла замедляется. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие.

Вопрос 6. Охарактеризуйте каждый из экологических факторов. Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.

Ответ.

Экологические факторы