Закон оптимума. Интенсивность влияния.
Вопрос 1. Классификация экологических факторов
Литература
Общие закономерности действия экологических факторов на организмы.
Классификация экологических факторов.
1. Горощенко В.П. и др. Основы природоведения / В. П. Горощенко. – М., 1976.
2. Основы экологии: Учеб. Пособие / Под ред. Е.Н. Мешечко. – Мн., 2002.
3. Радкевич В.А. Экология / В.А. Радкевич. – Мн., 1983.
4. и др. учебные пособия по экологии.
Анализ огромного разнообразия факторов позволяет разделить их на три основные группы:
- абиотические
- биотические
- антропогенные
Абиотические факторы – это комплекс условий неорганической среды. Они делятся на
-химические (химический состав атмосферы, морских и пресных вод, донных отложений)
-физические или климатические ( тепло, вода, свет, воздух, что проявляется в температуре, барометрическом давлении, ветре, влажности, радиационном режиме)
Влага– без нее невозможен рост растений деление клетки. Для природных организмов важно не только количество влаги, но и форма осадков. Дожди являются питьевой водой для растений и животных. Важен тип дождя : при ливневых почва не успевает усваивать воду, возникает водная эрозия. Снег – защита от промерзания почвы. Глубокий снежный покров является положительным явлением для грызунов, отрицательным для копытных. Лед-предохраняет воду от полного замерзания.
Все растения в зависимости от места обитания связаны с влажностью следующим образом
-гидрофиты –растения, обитающие в сильно увлажненных почвах
-мезофиты-умеренно влажные почвы
-ксерофиты- сухие почвы
Животные получают воду-питье
-прием пищи
-в результате метаболизма ( окисление и расщепление жиров, белков, углеводов)
-гидрофилы ( влаголюбивые животные)
-мезофилы (большинство животных)
-ксерофилы ( сухолюбивые : кузнечики, цикады. Верблюды )
Многие животные могут переносить значительную потерю воды, например, колорадский жук может без ущерба для себя потерять 50 % влаги
Тепло играет огромную роль в жизнедеятельности живых организмов, так как многие процессы их развития протекают на определенном тепловом фоне. Температурные границы активных жизненных процессов невелики: от 0 до + 50 . однако есть организмы, существующие в более широких температурных режимах. В зависимости от отношения организмов к теплу различают креофилы-виды, обитающие в условиях низких температур ( бактерии, членистоногие, обитатели полярных тундр, высокогорий, арктических и антарктических пустынь)
Термофилы-организмы, относительная активность которых наблюдается при высоких температурах.
По адаптации к низким температурам различают растения-нехолодостойкие- гибнут при температуре выше температуры замерзания воды ( растения тропиков, водоросли южных морей)
-неморозостойкие, переносят низкие температуры, но гибнут , когда в них образуется лед ( например, субтропические растения , растущие в умеренных широтах)
-льдоустойчивые- произрастают в местах с сезонным климатом и холодными зимами, но и они выдерживают температуры до определенного минимума. ( например. Яблоня и груша, если температура корней – 15 и нет снега, то деревья погибают.)
Воздух– в жизни растений и животных имеет важное значение. Важнейшей характеристикой воздуха является его газовый состав:
-азот 78%
-кислород 21%
-углекислый газ 0,032%
-аргон 0,9%
А такие соединения, как водород, водные пары, аммиак, тяжелые металлы, пары ртути за 300 лет увеличились в 100 раз. Тысячи лет живые организмы существовали в чистом воздухе и не перестраивались, когда в воздух попадали различные примеси. Азот необходим для синтеза белка, кислород –поглощается организмами в процессе дыхания, недостаток его приводит к удушью, углекислый газ- поставляет углерод для синтеза органических соединений, осуществляющийся в процессе фотосинтеза.
Различают
-газоустойчиаые растения ( тополь, клен, липа, акация и др)
-негазоустойчивые (все хвойные)
Подвижность воздуха – одно из важнейших его свойств. Благодаря этому процессу происходит опыление растений, распространение семян, насыщение кислородом воды. Однако есть и существенные минусы: полегание растений, буреломы, перемещение песков, ветровая эрозия почвы.
Свет- не менее важен для живых организмов, так как является основным источником энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов. Для живых организмов важен и спектральный световой анализ. Ультрафиолетовые (невидимые глазу лучи) оказывают бактерицидное воздействие , способствуют образованию у животных витамина Д. , вызывают загар у человека, оказывают тепловое воздействие.
Видимый свет необходим зеленым растениям для фотосинтеза, для газообмена, для испарения воды, для деления клеток, т.е. для активного роста растений.
Свет определяет сроки цветения и листопада, поэтому является сильным формообразующим фактором. (например, длина хвои у теневых побегов значительно короче и имеет меньшую площадь поперечного сечения)
По отношению к свету как экологическому фактору, различают следующие виды растений:
- светолюбивые, обитатели открытых мест ( лиственница, сосна, пшеница)Листья у них не очень крупные.
- тенелюбивые – это растения низких ярусов леса, глубоководные растения (папоротники, мхи, лишайники, кислица, медуница, бегония) Именно такие растения плохо переносят открытое освещение. Вот почему многие растения травянистого полога лесов после их вырубки, выпадают из состава почвенного покрова. Именно у этих растений площадь листа крупнее.
- теневыносливые-растения, которые могут расти как в освещенных, так и в затемненных условиях, таким образом сочетая в себе признаки и светолюбивых и тенелюбивых растений ( лещина, липа, клен, подорожник)
Наблюдается неодинаковое отношение к свету у растений в онтогенезе. Многие растения в состоянии ростков не требуют большого количества света, а во взрослом состоянии абсолютно светолюбивы. Однако, при долгом пребывании растения в условиях недостаточного освещения листья у них развиваются по теневому типу и внезапное освещение не вызывает их перестройки- это может привести растение к гибели.
Для животных свет не является таким необходимым жизненным фактором, как для зеленых растений. Он необходим лишь
- для ориентации в пространстве
- способности к целостному восприятию предметов
- некоторые животные имеют способность улавливать инфракрасную часть спектра и охотятся в темноте ( например, ночные птицы видят только черно- белое изображение, дневные- хорошо различают различные цвета) Для птиц вообще свет имеет большое значение для перелетов, замечено, что в тумане, без света, птицы сбиваются с курса.
У некоторых животных из-за недостатка света происходит гипертрофия глаз ( совы, лемуры, многие сумчатые)
Известно, что в любом месте земли происходит закономерное чередование светового и теневого периода суток и их длительности. Это явление в науке называется фотопериодом. Все живые организмы четко реагируют на смену дня и ночи изменением своего роста и развития. Реакцию растений и животных на фотопериоды называют фотопериодизмом.
В связи с этим, растения делятся на три группы:
-длиннодневные- растения умеренной зоны и более северных широт. Для их развития длина дня должна составлять 16-20 часов.
-короткодневные- растения южных широт, где длина дня равно длине ночи
-нейтральные растения, безразличные к фотопериодам (различные травы)
Явление фотопериодизма присуще и животным. Их активность часто определяется периодичностью смены темной и светлой части суток. Поэтому все животные делятся на дневных и ночных.
Биотические факторы среды - то совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Любое растение или животное, находясь в окружении других живых организмов, испытывают на себе их влияние: одни из них приносят пользу «соседу», предоставляя пищу, убежище, другие подавляют, поедая и вытесняя « соседа».
Действия биотических факторов могут быть прямыми (животные поедают растения, хищники поедают этих животных) или косвенными ( например, дождевой червь , улучшая аэрацию почвы , улучшает тем самым условия обитания растений)
По своей природе биотические факторы делятся на:
- фитогенные
- зоогенные
Первый фитогенный фактор- влияние растений на другие растения, животных и человека.
Например, общеизвестный факт, что не все цветы сочетаются и уживаются в букете рядом ( черемуха и роза0
Запаха бузины не выносят мыши, поэтому ее издавна выращивали вокруг зернохранилищ. Есть такое растение- древогубец. Оно обвивает ствол дерева, постепенно сдавливает его и удушает. Некоторые растения, поселяясь на других, паразитируют, используя воду и питательные вещества « хозяина».
Второй, зоогенный фактор определяется влиянием животных на другие животные и растения. Например, хищники, поедая жертву, регулируют численность популяции.
Паразиты, поселяясь в живых организмах, подавляют их жизнедеятельность, тем самым нередко вызывая гибель.
Влияние друг на друга оказывают и особи одного вида. Образуя стаи и стада, животные способствуют развитию отдельных особей, защищая их от врагов, совместно добывая пищу. Для выживания африканского слона, в стаде должно быть не менее 25 особей.
Таким образом, между растениями и животными, так и между организмами в целом, существует тесное взаимовлияние, ведущее к подавлению или процветанию партнера. Это взаимовлияние может быть настолько существенным , что при прекращении его один из видов может погибнуть.
Например, уничтожение кишечной палочки вызовет гибель человека, и наоборот, смерть человека обуславливает гибель этих бактерий в организме.
Антропогенные факторы- совокупность воздействия деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования люди оказывают на окружающую их среду заметное влияние:
- выделение углекислого газа в процессе дыхания
- потребность человечества в пище
- производственная деятельность людей
В результате этого влияния в природе изменяется:
- рельеф
-химический состав земной поверхности
-атмосфера
-изменяется климат планеты
-ликвидируются естественные биоценозы
-создаются искусственные агроценозы
-эксплуатируются полезные и уничтожаются вредные для человека виды растений и животных.
-возделываются культурные растения и одомашниваются животные
Значение антропогенных факторов постоянно возрастает. Поэтому возникает необходимость создавать охранные территории, где растения и животные всего мира сохраняются в неприкосновенности, совершенно диком, нетронутом человеком, виде.
Вопрос 2. Общие закономерности действия экологических факторов на организмы
В природе живые организмы испытывают на себе влияние всех экологических факторов., прямо или косвенно действующих на них, ведущих и второстепенных, абиотических и биотических.
Каждый фактор действует специфично на конкретный организм.. Но каким бы специфичным не было влияние каждого фактора, можно найти и общие закономерности в их проявлениях, независимо от
-природы
-продолжительности и направленности действия;
Наиболее общими факторами, действующими на организмы, являются следующие:
1. Принцип совокупного действия факторов. Он обозначает: все факторы среды действуют на организм одновременно и в комплексе.
Например, обилие пищи увеличивает устойчивость организмов к изменению климатических факторов.
При оптимальной температуре возрастает выносливость к неблагоприятным воздействиям: излишняя влажность, недостаток питания.
Эффект воздействия экологических факторов зависит не только от характера, но и от дозы, количества воспринимаемой организмами температуры, влаги, энергии, света и т.д. У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах.
Уменьшение или увеличение этой дозы снижает жизнедеятельность организмов, а при достижении максимума или минимума вообще исключается возможность его существования.
Границы, за которыми существование организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости.
Интенсивность экологических факторов, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект- пессиумом(это условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать)
3. Экологическая пластичность организмов (экологическая валентность) _ это свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды. В зависимости от того, какой уровень оптимума наиболее приемлем для видов, среди них различают:
–тепло-и холоднолюбивые
–влаго и сухолюбивые
–высокой и низкой солености.
Для каждого вида характерна и определенная степень выносливости. ( растения и животные умеренного пояса могут существовать в довольно низком температурном диапазоне, а в тропическом климате на выдерживают)
Чем шире диапазон колебаний экологических факторов, в пределах которых данный организм может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его выносливости.
Виды, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимальной величины, называются узкоспециализированными, а выдерживающими значительные изменения факторов- широкоприспособленными. ( например, к первым относятся большинство обитателей морей, нормальная жизнедеятельность которых сохраняется лишь при высокой концентрации солей в окружающей среде. Организмы пресных вод, наоборот, приспособлены к низкому содержанию солей.
Следовательно, и морские и пресные виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености.
Примером высокой пластичности может быть трехиглая колюшка, которая может успешно жить как в пресных, так и в соленых водоемах.