3. Взаимодействие факторов.
Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.
Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.
Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Например: Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.
4. Закон экологической индивидуальности видов отражает многообразие отношений организмов со средой. Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому. Существуют виды с узким диапазоном устойчивости, они требуют строго определенных условий среды. Например, форель не может переносить большие колебания температур. Есть виды с широким диапазоном устойчивости, они способны жить в различных, порой резко отличающихся друг от друга условиях среды. Например, волк живет во всех географических зонах.
5. Закон неоднозначного действия: действие каждого экологического фактора неоднозначно на разных стадиях развития организма. Примерами её проявления могут служить следующие данные:
-
для развития головастиков вода жизненно необходима, а для взрослой лягушки она не является жизненно важным условием;
-
критическая минимальная температура для взрослых особей бабочки огневки мельничной = –22°, а для гусениц бабочки этого вида критической является t = – 7°.
Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение.
6. Адаптации организмов.
Эволюционно возникающие приспособления организмов к условиям среды обитания, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей носит название адаптации.
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.
Основные механизмы адаптации на уровне организма:
1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах. Например, смена работы ферментов или изменение их количества;
2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;
3) морфо-анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни. Например, обтекаемая форма тела у водных животных, строение суккулентов, приспособления галофитов.
4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;
5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.
Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как
-
раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;
-
ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях;
-
модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов;
-
сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.
В процессе приспособления к неблагоприятным условиям среды организмы смогли выработать три основных пути адаптаций:
Активный путь – способствует усилению сопротивляемости, развитию регуляторных процессов, которые позволяют осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на неблагоприятные факторы. Например, теплокровность у млекопитающих и птиц.
Пассивный путь связан с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, явление скрытой жизни, сопровождающееся приостановлением жизнедеятельности при пересыхании водоема, похолодании и т.д., вплоть до состояния мнимой смерти или анабиоза. Например, высушенные семена растений, их споры, а также мелкие животные (коловратки, нематоды) способны выдерживать температуры ниже 2000С.
Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года. Обычный путь таких приспособлений – миграция.
7. Адаптивные биологические ритмы.
Целый ряд изменений в жизнедеятельности организмов совпадает по периоду с внешними, геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы – суточные, приливно-отливные, равные лунному месяцу, годичные. Благодаря им, самые важные биологические функции организма, такие, как питание, рост, размножение, совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток или года, т.е. организм ориентируется во времени и заранее готовится к смене режима жизнедеятельности. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю спячку или мигрируют. Т.е. экологические биологические ритмы – это своего рода «биологические часы» для организма.
В зависимости от источника происхождения биологические ритмы делят на: экзогенные и эндогенные.
Экзогенные ритмы – это колебания, вызванные периодическими воздействиями извне. Они являются пассивными реакциями на колебания факторов окружающей среды.
Эндогенные ритмы – автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные активными процессами в самой системе. Эндогенные биоритмы поддерживаются механизмами обратной связи. В зависимости от того, на каком уровне биологической организации она замыкается, различают биоритмы в клетках (митотический цикл), органах (сокращения кишечника), организмах (овариальный цикл) и т. п.
Закономерные изменения физических условий в течение года обусловили множество разнообразных адаптаций в эволюции видов. Наиболее важные из них, например фотопериодизм – реакция живых организмов (растений и животных) на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между темным и светлым временем суток (фотопериодами). Связан с размножением (гнездование птиц, нерест рыб, закономерность и последовательность этапов онтогенеза насекомых и др.); ростом (периодичность роста растений); миграциями (птицы, рыбы); успешным переживанием неблагоприятных периодов года (диапаузы насекомых, зимние либо летние спячки, запасание жиров и т. п.).