16. Некоторые понятия и закономерности экологии животных

16. 1. Структура экологии и понятие экологического фактора

Содержанием науки «экология» является изучение взаимоотношений организма (особи, популяции, вида, сообщества) со средой его обитания. Иными словами изучение приспособлений и противоречий между особенностями вида и элементами среды.

Таким образом, задачи экологии (экологического исследования) состоят в познании условий существования организмов, то есть тех факторов, которые являются необходимыми для этого существования. Варьируя их, можно определенным образом воздействовать на животных, управляя тем самым их численностью и распределением в пространстве.

Структурирование живых систем в экологии

Характеристика Уровень ~ организации	Форма	функция	Развитие	Регуляция	Адаптация
Особь	Летающие, плавающие, роющие и пр.	Физиология и поведение особей	Онтогенез	Тепло-, газо-, водообмен и др. физиологические функции	Морфологические, физиологические (когти, копыта, слой жира)
Популяция	Число и распределение особей	Рождаемость, смертность, миграции	Микроэволюция, макроэволюция	Динамика численности (популяционный гомеостаз)	Покровительственная окраска, половое поведение и пр.
Сообщество	Численность, относительное обилие видов	Хищничество, паразитизм, конкуренция и пр.	Сукцессия	Стабильность, устойчивость	Эволюционные приспособления к климату
и т д.

Экологию можно представить как трехмерное сооружение. Структура его примерно отражена в таблице. Горизонтальные слои соответствуют различным уровням биологической организации по мере ее усложнения – индивидуумы, популяции, сообщества и т. д. Через эти горизонтальные слои можно сделать вертикальные разрезы, которые поделят их на секции, соответствующие отдельным характеристикам живого – форма, функция, механизмы регуляции, этапы развития, приспособление (адаптация). Если рассмотреть все секции слоя, соответствующего, например, сообществу, то секция формы будет содержать численность и относительное обилие видов. Секция функции – выясняет характер взаимоотношений между популяциями; секция развитая – это сукцессия, то есть постепенная эволюция сообществ. Секция регуляции – способность сообщества к устойчивости, сохранение стабильности его состава. Секция адаптации будет включать приспособления к вековым изменениям климата, эволюцию этих приспособлений. Если же произвести вертикальный срез через все уровни организации (все слои), то, например, секция функции на уровне экосистемы включит в себя потоки энергии и круговорот веществ. На уровне сообщества – взаимоотношения между видами (хищничество, паразитизм и пр.); на уровне популяции – рождаемость, смертность, переселения; а на уровне организма (особи) это будет физиология и поведение особей.

Таким образом, каждому уровню экологической организации присущи свои особенные функциональные и структурные характеристики. Управляется вся эта система каким-то основным набором законов природы. Законы эти специфические – экологические законы. Поиск и формулирование их составляет предмет изучения экологии.

Понятие «экологический фактор». Любой организм в среде своего обитания подвергается воздействиям самых разнообразных климатических и биологических факторов. Экологическим фактором обычно называют любой элемент среды, который способен оказывать прямое влияние на живые организмы. Это определение исключает такие элементы, как высота над уровнем моря или глубина водоема, потому что эти факторы не воздействуют прямо на организм. Так, увеличение глубины сказывается на животных не прямо, а посредством увеличения давления, связано с изменением температуры воды, ее химического состава, изменением освещенности. Экологический же фактор воздействует на организм сам, а не посредством изменения каких-то других факторов.

Воздействие факторов на организм различно, обычно выделяют три группы таких воздействий.

Первая группа – это факторы, которые устраняют некоторые виды с территорий, то есть изменяют их географическое распространение (обычно, это набор климатических и физико-химических особенностей территории; некоторым видам он пригоден, а другим не годится).

Вторая группа – факторы, изменяющие плодовитость и смертность разных видов. Они воздействуют на развитие вида, вызывая миграции, снижая или повышая численность особей, то есть, влияя на плотность популяции.

Третья группа – это факторы, способствующие появлению различных приспособлений: изменение обмена веществ, усиление отдельных органов (увеличение сердца и мускулатуры у бегуна) и появление качественных изменений – диапауза, летняя и зимняя спячка и пр.

Классификация экологических факторов. В экологии классическим стало деление всех факторов на биотические и абиотические.

Абиотические факторы еще называют физическими факторами. На суше к таким факторам относятся свет, температура, наличие воды, а также их разнообразные сочетания. Кроме того, большое значение имеет химическая природа и скорость оборота основных минеральных и питательных веществ. Всю эту группу факторов можно назвать физическими условиями существования организма.

1. Температура. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов. Пределы, в которых может существовать жизнь, гораздо уже, это примерно зона в 300⁰С (от -200⁰С до +100°С), на самом же деле большинство организмов приурочено в своей жизни к еще более узкому диапазону температур. Отдельные организмы, особенно в стадии покоя, способны некоторое время существовать при очень низких температурах, другие (некоторые виды бактерий и водорослей) могут жить и размножаться при температуре, близкой к точке кипения. Температурные колебания очень часто контролируют сезонные и суточные ритмы животных. Кроме того, температура часто создает зональность в распределении животных по территории. В то же время животные могут компенсировать колебания температуры, приспосабливаясь к ним.

2. Излучение (свет). В отношении света организмы стоят перед дилеммой. С одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организма, с другой же стороны – свет служит первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. Излучение представляет собой электромагнитные волны, самой различной длины. На животных воздействует видимый свет и соседние с ним области. Видимая, то есть воспринимаемая часть спектра для человеческого глаза – это диапазон от 300 до 10 000 нанометров (1 нм – 10 ангстрем, 1 миллимикрон, 1 /1 000 000 м). Для экологии важны качественные признаки света – длина волны (цвет); интенсивность – энергия в калориях; продолжительность воздействия. Известно, что животные реагируют на изменение длины световой волны. Цветовое (цветное) зрение развито также во многих группах животных. Особенно хорошо оно проявлено у некоторых групп членистоногих, рыб, птиц, млекопитающих. Продолжительность освещения (фотопериод) является практически для всех животных важным регулирующим фактором.

3. Вода. Она физиологически необходима любой протоплазме. С экологической точки зрения вода служит ограничивающим фактором во всех местообитаниях. Количество осадков, влажность, иссушающие свойства воздуха, доступная площадь водного запаса – основные величины для изменения этого фактора. Количество осадков зависит от путей перемещения воздушных масс. Влажность – это содержание водяного пара в воздухе. Иссушающее действие воздуха измеряют обычно, оценивая испарение воды с особых пластин (скорость испарения). Доступный запас воды измеряют по количеству подземных и наземных ее источников. Важным вкладом в общий водный баланс, может быть, например, роса.

Следующая большая группа – биотические факторы. Биотическим фактором называют комплекс воздействий на организм со стороны окружающих его растений и животных, грибов, бактерий и пр. Иными словами, для каждого члена сообщества все остальные организмы, с которыми он как-то взаимодействует, являются биотическими факторами. Сюда относятся все факторы питания, экологических взаимодействий – хищничество, паразитизм, конкуренция, мутуализм. Сюда же относят и получающий все большее распространение антропогенный фактор, отражающий силу воздействия человека на диких животных.

Разделение факторов на биотические и абиотические очень произвольно. Часто трудно определить и разделить действие этих факторов. Так, уничтожение живых организмов в определенной местности может повлечь за собой и климатические изменения. Например, сведение лесов приводит к наступлению пустыни со всеми следствиями пустынного климата – увеличением сухости воздуха, повышением температуры и появлением пустынного ландшафта – изменением почв, сглаживанием рельефа.

Существуют и другие варианты разделения экологических факторов. Так, большой популярностью пользуется разделение на факторы, зависящие и независящие от плотности популяции. Такое разделение очень похоже на выделение биотических и абиотических факторов, потому что к факторам, независящим от плотности, обычно относят в основном климатические. Так, волна холода может уничтожить часть популяции независимо от ее плотности. К факторам, зависящим от плотности, относят такие, как конкуренция, хищничество, паразитизм, потому что сила их проявления находится в прямой зависимости от плотности популяции. Не вызывает сомнений, что рост плотности полевок неизбежно приведет к росту численности их потребителей (хищников), безусловно, эти размножившиеся полевки, поедая в массе траву, будут все сильнее конкурировать с другими травоядными, все это приведет к замедлению роста численности этих животных. Когда же полевки станут малочисленными, то и хищников станет меньше, и травы будет оставаться больше.

Экологические факторы действуют на любом уровне организации живого. Мы рассмотрим три уровня организации и соответствующие им три раздела современной экологии. Каждый раздел – это определенная целостная система, элементом которой является либо особь, либо популяция, либо сообщество (биоценоз).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какова структура экологии?

2. Что такое экологический фактор?

3. Какие известны группы факторов по воздействию их на организмы?

4. Что за факторы относят к физическим условиям существования?

5. Какие факторы называют биотическими?

6. Может ли действие фактора зависеть от плотности популяции организмов?