Взаимодействие организма и среды. Экологические факторы

3.1. Среда обитания организма — это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие почти или полностью безразличны для него, а третьи вредны. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Земной биотой освоены четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы и организменная.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

 

3.2. Экологические факторы

Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами. В природе эти факторы действуют не изолированно друг от друга, в виде сложного комплекса.

Классифицировать экологические факторы можно по различным признакам.

По происхождению. Природные и антропогенные. В свою очередь природные можно разделить на биотические и абиотические.

По очередности воздействия. Первичные, вторичные и т.д.

По тяжести воздействия. Экстремальные, сублетальные, летальные, лимитирующие.

По негативному воздействию. Канцерогенные, мутагенные, тератогенные (уродообуславливающие).

Природе. Физические, химические.

Среде возникновения. Атмосферные, водные, эдафические.

Избирательности. Групповые, индивидуальные.

Опосредственности. Прямые, косвенные.

Характеристика некоторых факторов.

Абиотические факторы — этокомплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Они делятся физические, химически иэдафические.

Физические факторы — это температура, влажность, атмосферное давление, свет, ветер, течения, магнитное, электромагнитное, радиоактивное и др. поля нашей планеты.

Химические факторы — это соленость воды, химический состав атмосферы, и т.д.

Эдафические факторы (почвенные) — это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород.

Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие, а также на неживую среду обитания. Организмы способны влиять на условия обитания. Например, в лесу растительный покров создает микроклимат (микросреду), зимой здесь теплее, летом — прохладнее и влажнее.

Биотические факторы проявляются во внутривидовых и межвидовых взаимодействиях.

Внутривидовые взаимодействия между особями наблюдаются во внутривидовой конкуренции. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе.

Межвидовые взаимоотношения более разнообразны, это:

нейтрализм — два вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

мутуализм — виды не могут существовать друг без друга;

протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет никакой выгоды;

аменсализм — один вид угнетает рост и размножение другого — аменсала;

паразитизм — паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;

хищничество — хищный вид питается своей жертвой, и т.д.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные факторы — совокупность воздействий человеческой деятельности на органический мир. К сожалению, факторы, порожденные человеком, оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.), подробно рассматриваются в прикладной экологии.

Существуют и другие классификации и группировки экологических факторов.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические — факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические — в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими ( климатические, гидрографические — приливы и отливы, некоторые океанские течения). Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т. п.), называются непериодическими.

Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

 

3.3 Адаптации организмов

Адаптация (лат. «приспособление») — приспособление организмов к среде. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов — изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственного — осуществляемого человеком).

Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные — это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы, естественные геофизические поля и др. Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная.

Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, связанная с цикличностью в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.

В нормальных условиях в местообитании должны действовать только периодические факторы, непериодические — отсутствовать.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть живого организма. Человек использовал это в своих интересах, искусственно вводя непериодические факторы: например, химическая отрава уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворные бактерии, вирусы и т. п. Но оказалось, что длительное воздействие этого фактора также может вызвать адаптацию к нему: насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы — к антибиотикам, и т. д.

Источником адаптации являются генетические изменения в организме — мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего творческого фактора адаптивной организации живых форм».

 

3.4. Лимитирующие факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил (1840 г.) закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием) Рис. 1. Их иногда называют ограничивающими факторами.

Закон экологического оптимума («Закон толерантности») В. Шелфорда (1914 г.) — каждый экологический фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Недостаточное или избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизни организмов. Границы благоприятного воздействия фактора называются зоной оптимума экологического фактора (диапазоном толерантности). Толерантность (от лат. tolerantia – терпение) — способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Диапазон толерантности

Рис. 2 Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности.

3.5. Примеры действия некоторых экологических факторов

Свет и его роль в жизни организмов

Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле, Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание растительностью Земли органических соединений из неорганических. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР).

За пределами ФАР остаются инфракрасная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области. К УФ организмы очень чувствительны. ИК поглощается водой, некоторые сухопутные организмы используют его для поднятия температуры тела выше окружающей.

Важна для организмов интенсивность освещения. Растения по отношению к освещенности подразделяются на светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты) и теневыносливые.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длина дня — фотопериод.

 

Вода в жизни организмов

Вода физиологически необходима любой протоплазме. При наличии воды в организме происходят биохимические процессы ассимиляции и диссимиляции, газообмен. С экологической точки зрения вода является лимитирующим фактором.

Все живые организмы делятся на группы в зависимости от их потребности в воде:

– гидрофильные — живут в воде;

– гигрофильные — живут во влажных местах;

– мезофильные — отличаются умеренной потребностью в воде;

– ксерофильные — живут в сухих местах.

Влажность зависит от количества осадков, которые неравномерно распределяются на земном шаре. Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве годовых осадков их неравномерное распределение может привести к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны.

Вода расходуется на фотосинтез, всего около 0,5 % всасывается клетками, а 97—99% ее уходит на транспирацию — испарение через листья. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации.

У животных также существуют экологические группы: гигрофuлы, ксерофuлы и мезофuлы. Способы регуляции водного баланса у них поведенческие, морфологические и физиологические.

К поведенческим способам относятся перемещение в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни и др. К морфологическим адаптациям — приспособления, задерживающие воду в теле: раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий, и др. Физиологические приспособления направлены на образование метаболической воды, являющейся результатом обмена веществ и позволяющей обходиться без питьевой воды. Она широко используется насекомыми и часто такими животными, как верблюд, овца, собака, которые могут выдержать потерю воды в количестве, соответственно, 27, 23 и 17 %. Человек погибает уже при 10%-ной потере воды.

 

Температура — важнейший экологический фактор определяет интенсивность обмена организма с окружающей средой, скорость развития, роста, размножения. Для каждого вида существует оптимальная температура в конкретный период жизни. Имеет значение и абсолютное количество тепла и распределение его по времени.

У растений температура не отличается от температуры окружающей среды. Однако растения способны приспособляться к различным температурным условиям. В зонах низких температур произрастают низкорослые и стелющиеся формы, некоторые травы выдерживают до –40 ^оС, в зоне высоких температур у растений незначительная листовая поверхность, в пустынях растения имеют беловатую опушку для отражения солнечных лучей и т.д.

Животные бывают двух типов: с непостоянной температурой тела и с температурой, которая поддерживается на сравнительно постоянном уровне. Первые называются пойкилотермными (poikilos – разнообразный), к ним относятся большинство животных (кроме птиц и млекопитающих). Животные второго типа называется гомойотермными (homoios – одинаковый), или теплокровными, это птицы и млекопитающие. Существуют животные, занимающие промежуточное положение — гетеротермные. Типичные представители — суслики, медведи, летучие мыши, стрижи.

 

Почвенные условия.

К ним относятся физические и химические свойства почвы. Для животных, населяющих почву, микроорганизмов, корней растений имеет значение механический состав, твердость, температура, влажность, кислотность, состав солей, количество кислорода и т. д. почвы.

Обитатели почвы проводят огромную почвообразующую работу.

Неживые компоненты биотопа взаимодействуют между собой. Вода разрушает рельеф, вызывает эрозию почвы. Рельеф в свою очередь влияет на накопление воды. Свет способствует испарению воды и т.п.

В биоценозе животные влияют на растительность, растительность определяет условия питания животных. Микроорганизмы перерабатывают биологические выделения животных и т.д.

Между биотопом и биоценозом также существует взаимодействие. Животные разрушают почвенный покров с одной стороны и зависят от рельефа с другой стороны. Эти влияния многообразны.

Размеры биоценозов (экосистем) могут быть любые. Более крупные состоят из более мелких. Самая большая экосистема — биосфера Земли.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: