Зоны воздействия экологического фактора на организм

Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов и выживать в изменяющихся условиях среды за счет эволюционно возникших морфологических, физиолого-биохимических и поведенческих приспособлений называется адаптацией (от лат. adaptatio – приспособление).

Разные организмы характеризуются разной экологической валентностью, но диапазон толерантности организма может меняться даже при переходе из одной стадии развития в другую – например, молодые организмы часто оказываются более уязвимыми и более требовательными к условиям среды, чем взрослые особи.

Любой организм одновременно испытывает воздействие целого комплекса экологических факторов, связанных между собой и влияющих друг на друга, в связи с чем границы диапазона толерантности организма по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют другие факторы (например, жару и холод легче переносить при сухом, а не влажном воздухе). В результате взаимодействия экологических факторов может происходить их частичная компенсация, однако полностью заменить один из факторов другим нельзя, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением какого-то одного экологического фактора, то именно он становится решающим для жизни конкретных организмов (популяций), ограничивая (лимитируя) их развитие, в связи с чем его называют лимитирующим фактором. Еще в середине XIX века немецкий химик-органик Ю. Либих экспериментально доказал, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента (например, минеральных солей, влаги, света и т.п.) и назвал это явление законом минимума. Однако, как позже выяснил американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности, лимитирующим может быть не только недостаток (минимум), но и избыток (максимум) экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.

Каждый вид организмов возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ее колебаниям и изменениям и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде, соответствующей его генетическим возможностям адаптации. Резкое и быстрое изменение экологических факторов может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям, из-за чего коренные преобразования природы человеком могут быть опасны для многих видов живых организмов, в том числе и для него самого.

Разные организмы характеризуются разной величиной толерантности.

Экологические, факторы связаны между собой и влияют друг на друга.

Вывод: существует экологическое равновесие между живыми организмами и средой их обитания:

Система – совокупность элементов (веществ, тел, объектов живой и неживой природы) со связями между ними, мысленно или реально выделенных из окружающего пространства.

Биологическая система – это упорядоченная совокупность взаимозависимых живых компонентов, динамически взаимодействующих с неживой средой. Выделяют следующие основные уровни организации биологических систем: молекулярный (генный), клеточный, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.

Иерархическая организация биосистем, более простые из которых входят в состав более сложно организованных, проявляется в эмерджентности (от англ. emergent – внезапно возникающий), когда по мере объединения в более крупные системы следующего уровня, у них возникают качественно новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем.

Экологическая система (экосистема) – система, в которой организмы и среда их обитания объединены в единое функциональное целое через обмен веществ и энергии; любая совокупность организмов и окружающей их среды. Экосистема – основная функциональная единица в экологии.

Более конкретно, экосистема – это сообщество живых организмов - биоценоз (от греч. bios – жизнь и koinos – общий) и его среда обитания – биотоп (от греч.topos - место), объединенные в единое функциональное целое. Обмен веществом, энергией и информацией связывает биотические и абиотические компоненты экосистемы таким образом, что она сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

К термину «экосистема», предложенному в 1935 г. английским биологом А. Тенсли для определения основной функциональной единицы живой природы, очень близок термин «биогеоценоз», который предложил в 1940 г. В.Н.Сукачев, и который в большей степени отражает структурные характеристики географического пространства, на котором развивается биоценоз.

Общая экология изучает биологические системы начиная с организменного уровня и в зависимости от размерности этих систем в ней выделяют следующие разделы: аутэкология (уровень отдельных организмов), демэкология (уровень популяций) и синэкология (уровень экосистем).

Популяция - это совокупность организмов одного вида, обменивающихся генетической информацией и населяющих определенное ограниченное пространство в течение многих поколений. Популяция характеризуется рядом признаков, присущих группе в целом, а не отдельным ее особям: численностью, плотностью, рождаемостью, смертностью, возрастной структурой, распределением в пространстве, биотическим потенциалом и т.д.

Эволюционно в популяциях сложился комплекс свойств, направленных на повышение выживаемости – экологические стратегии выживания, разнообразие которых заключено между двумя типами стратегий:

r–стратегия – особи в популяции размножаются быстро (высокая плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны, скорость размножения не зависит от плотности популяции (J–образная кривая), расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения).

К–стратегия – популяция состоит из медленно размножающихся, но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит от ее плотности (S–образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).

Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу – т.е. поддержанию динамического постоянства численности под воздействием ряда факторов среды и за счет саморегуляции своей численности.

Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В его основе лежит принцип обратной связи, обусловливающей поддержание гомеостаза за счет механизмов саморегуляции. Эту закономерность можно сформулировать следующим образом: в конкретных условиях для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции (так называемый принцип Олли).

По своему происхождению экосистемы могут быть естественными (природными) – например, лес, озеро, луг и т.д., - и искусственными (антропогенными) – например, пашня, водохранилище, сад и др. Экосистемы могут быть наземными и водными. Крупные наземные экосистемы, приуроченные к однородным природно-климатическим зонам, называются биомами (тундра, тайга, степь, пустыня). Водные экосистемы подразделяются на морские и пресноводные, а последние еще и на стоячие (озерные) и проточные (речные) экосистемы.

Для любой естественной экосистемы характерны три признака:

1) она представляет собой совокупность функционально связанных живых и неживых компонентов;

2) она сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой ее биотических и абиотических компонентов

3) в ее рамках осуществляется круговорот веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

Антропогенные природно-технические системы (ПТС) должны представлять собой образования, в которых устойчивое и экологически безопасное взаимодействие между природной средой и «погруженным в нее» техническим объектом происходит за счет обмена веществом, энергией и информацией в некотором диапазоне допустимых воздействий, регулируемых человеком.

Любая естественная экосистема способна к саморегулированию: в экосистеме во времени и в пространстве поддерживаются основные параметры. При этом она находится в состоянии динамического равновесия.

Способность экосистемы сохранять свою структуру и функции при воздействии внешних и внутренних факторов, называют стабильностью экосистемы.