ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ
ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
ОБЪЕКТЫ
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Экологические факторы.
2. Влияние на организм экологических факторов. Толерантность.
3. Лимитирующие факторы. Закон минимума.
4. Экологическая пластичность видов.
1 Экологические факторы
Организмы, составляющие биоценозы, а также сами биоценозы находятся под прямым
или косвенным влиянием условий окружающей среды, ее физико-химических свойств,
наличия различных биологических объектов и т.п.
Условия существования организмов или сообществ можно представить как совокупность
отдельных элементов среды, воздействующих на них. Такие элементы называются
экологическими факторами.
Экологические факторы имеют разную природу происхождения. Факторы неорганической
среды (экотопа), влияющие на организмы и их сообщества, относятся к абиотическим. Это
физико-химический состав среды, влажность, давление, радиационный режим и т.п.
К биотическим факторам относятся факторы взаимовлияния жизнедеятельности живых
организмов друг на друга. Это конкуренция за ресурсы среды; взаимоотношения типа
хищник-жертва, хозяин-паразит; социальное поведение и т.п.
В последнее время все большее внимание обращается на антропические факторы –
совокупность воздействий человека на окружающую среду, обусловленную его
урботехногенной деятельностью.Их следует отличать от антропогенных факторов,
обусловивших в результате антропогенеза (эволюции) формирование человека как вида
Человек разумный. Аналогично различают биотические факторы и биогенные (влияние на
биоту), климатические и климатогенные (влияющие на климат).
2 Влияние на организм экологических факторов. Толерантность
Механизм действия на живой объект всех экологических факторов осуществляется по
одним и тем же законам.
Способность биологических объектов выдерживать изменение свойств окружающей
среды по данному фактору называется толерантностью. Например, диапазон
устойчивости ( толерантность) огурца посевного (Cucumis sativus L.) от 0 ±0,50С до +
39±30С. Указанная температура является соответственно минимальной (Тmin) и
Максимальной (Тmax). Наиболее благоприятная для жизнедеятельности биологических
объектов интенсивность фактора называется оптимальной или оптимумом. В примере с
огурцом Тopt = 25 ±50С.
Утверждения, что любой экологический фактор имеет определенные пределы
положительного (оптимального) влияния на живые организмы считается законом
оптимума.
Зависимость биологической активности организмов от интенсивности действия
экологических факторов может быть изображена графически в виде кривой толерантности
(рисунок 5.1). Q - Биологическая активность,
Рисунок 5.1 – Кривая толерантности
Интенсивность действия фактора в пределах аа/ (зона оптимума) обеспечивает
полноценную жизнедеятельность и размножение особей в популяции – Ш уровень
биологической активности.
Интенсивность действия фактора в пределах ab и a/b/ обеспечивает рост и развитие особей
без увеличения численности популяций – П уровень биологической активности.
Интенсивность действия фактора в пределах cb и c/b/ позволяет особям сохраниться как
биологическим объектам, поддерживая только наиболее жизненно необходимые функции.
Эта зона кривой толерантности называется пессимумом.
Интенсивность фактора менее С и более С/ приводит к гибели или обусловливает переход
к анабиозу (у некоторых видов). Интервал СС/ - это пределы существования вида по
фактору F, или диапазон устойчивости.
3 Лимитирующие факторы. Закон минимума
На каждый организм (популяцию) действует одновременно множество экологических
факторов. Но наибольшее влияние оказывают лишь те, интенсивность которых находится
в зоне пессимума или даже приближается к минимуму. Причем это влияние настолько
велико, что определяет уровень существования биологического объекта в целом, невзирая
на то, что прочие факторы могут благоприятствовать жизнедеятельности, могут даже
находиться в оптимуме.
Эту закономерность впервые установил в 1840 г. Ю.Либих. Она называется законом
минимума и формулируется в настоящее время следующим образом: уровень
существования популяции (или иного биологического объекта) определяется одним или
несколькими факторами, находящимися в минимуме.
Классической иллюстрацией этого закона служит «бочка» Ю.Либиха, состоящая из досок
разной высоты, соединенных обручами. Максимальный уровень воды, который может
вместиться в ней, будет не выше доски, имеющий минимальную высоту.
Факторы, ограничивающие в настоящий момент существование популяции (или иной
биологической единицы) называют лимитирующими или ограничивающими. Все
остальные факторы, в той или иной степени воздействующие на живые организмы,
относятся к регулирующим. Например, для ряда плодовых культур города Брянска,
осенью 1997 г. лимитирующим фактором была температура, которая понизилась с
01.09.97 г. на 02.09.97 г. до -20с. В это же время влагообеспеченность, уровень солнечной
инсоляции, обеспеченность питательными элементами были в норме. В течение
вегетационного сезона лимитирующим фактором был уровень ухода за растениями.
Температура находилась в интервалах, близких к норме.
Наиболее часто лимитирующими факторами являются:
а) для продуцентов
- содержание биогенных элементов в почве;
- тепло- и влагообеспеченность;
- интенсивность рекреационных нагрузок и т.п.
б) для консументов:
- наличие доступных источников пищи и воды;
- внутри- и межвидовая конкуренция;
- уменьшение возможности перемещения и территорий для обитания и размножения и т.п.
в) для человека:
- уровень интеллектуальных возможностей;
- социально-политическое положение в государстве;
- национальные и расовые предрассудки и т.п.
Кроме того, есть факторы, ограничивающие возможности существования всех видов
живых существ. К ним относятся различные виды загрязнения окружающей среды,
разрушение компонентов среды обитания и т.д.
4 Экологическая пластичность вида
Границы уровней биологической активности не являются постоянными, а смещаются в
зависимости от изменения других жизненно важных условий труда: смены времени суток,
времен года, возрастного состояния и т.п. Например, оптимальная температура в
пасмурную погоду для томата Тopt = + 22oC, а в солнечную + 29оС. Это объясняется тем ,
что при интенсивном освещении быстрее идет ассимиляция углекислого газа, а значит,
усиливается фотосинтез.
Организмы обладают способностью приспосабливаться к изменившимся условиям среды,
т.е. адаптироваться. Благодаря этому в природных условиях уровень существования
популяций сохраняется в течение длительного времени достаточно стабильно.
Аналогично адаптируется к изменяющимся условиям среды организм человека. Так,
например, оптимальное количество воды, потребляемой в сутки мужчиной 20-22 лет
1,4…1,6 литра. При работе в условиях повышенной температуры (горячий цех и т.п.)
оптимальное количество будет 1,8…2,2 литра при соответствующих изменениях в
физиологических функциях.
Способность к адаптации - видовой признак. Свойство вида занимать (за счет своих
популяций) разные местообитания, характеризующиеся неодинаковой изменчивостью
экологических факторов, называется экологической пластичностью или экологической
валентностью (по А.А.Жученко, 1980). Степень выраженности этого показателя для
разных видов весьма различна. Есть виды, обладающие очень высокой экологической
пластичностью, что позволило им широко распространиться. Это такие виды как муха
домовая (Muscina stabulans), крыса серая (Rattus), подорожник большой (Plantago maior) и
т.п. В то же время сотни других видов находятся на грани исчезновения или исчезли из-за
недостаточной пластичности к антропической нагрузке.
У видов, обладающих значительной экологической пластичностью, свойство адаптации
широко используется человеком при акклиматизации – преднамеренном внедрении вида в
экосистемы региона, где он раньше не обитал, с целью введения в культуру или
обогащения видового разнообразия местной флоры и (или) фауны.
Кривая толерантности организмов, способных жить в широких пределах экологических
факторов т.е. эврибионтов будет пологой, у тех или иных факторов среды – стенобионтов
– будет «крутой» (рисунок 5.2.). Q - Биологическая активность
Рисунок 5.2 - Кривые толерантности эври- и стенобионтов.
В условиях среды, длительное время остающихся неизменными (морские глубины,
тропические леса и т.п. местообитания) формируются, как правило, экологически
непластичные виды. В местообитаниях с постоянной сменой условий существования
больше пластичных видов.
Для обычных экосистем, в первую очередь биогеоценозов, выделение эври- стенобионтов
бывает затруднительным. Как правило, яркая выраженность экологической пластичности
или ее отсутствие наблюдается всего лишь по одному или нескольким факторам: у эври- и
стенотермных видов по толерантности к температурным условиям; у эври- и
стеногидричных видов – по отношению к влагообеспеченности; у эври- и стенофагов – по
толерантности к пищевому фактору и т.д.