4.2. Экология как наука. Экологические факторы

Экология – это наука о жизни живых организмов в их собственном «жилище» – в окружающей среде, включающей все действующие на организмы факторы, как живые, так и неживые.

Факторы внешней среды подразделяются на абиотические (свет, температура, влажность, соленость, ветер, глубина снежного покрова и т.д.), биотические (влияния со стороны других живых организмов), антропогенные (влияние деятельности человека).

Абиотические факторы. Свет. Излучение солнца выполняет по отношении к живой природе четыре основные функции:

1. Солнце – источник энергии видимого света, используемого хлорофиллоносными организмами для синтеза органических веществ из неорганических (фотосинтеза).

2. Солнце является источником инфракрасного (теплового) излучения, от которого напрямую зависит активность жизни.

3. Солнечный свет выполняет функцию основного сигнального фактора, от количества и периодичности проявления которого зависит характер течения огромного количества процессов, как внутри организмов, так и среди надорганизменных группировок.

4. Солнце является причиной появления в процессе эволюции такой сложнейшей адаптации, как орган зрения. Видимый свет, освещая Землю, дает возможность органам зрения осуществлять свою основную функцию — восприятие зрительной информации. Разнообразие световых условий, при которых живут различные организмы очень велико. Растения по отношению к свету можно подразделить на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Различные животные обладают дневной, ночной или сумеречной активностью.

Температура. Главным источником тепла является солнечное излучение. Кроме того, им могут являться геотермальные источники, играющие важную роль только в немногих местах обитания, например в горячих ключах, где обитают различные бактерии. Конкретный организм может выдерживать температуру только в определенных пределах, к которым приспособлены его метаболизм и структура. Температура, так же как и интенсивность света, в большей мере зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. У организмов существует огромное количество приспособлений к перегреву и переохлаждению. По отношению к температуре окружающей среды животные подразделяются на две группы. Гомойотермные – птицы и млекопитающие (теплокровные). Они имеют эволюционно выработанные механизмы поддержания температуры тела на относительно постоянном уровне вне зависимости от температуры среды. Пойкилотермные – все остальные животные (холоднокровные), практически не имеющие таких механизмов.

Влажность. Вода необходима для жизни и может быть важным лимитирующим фактором в наземных экосистемах. Вода поступает из атмосферы в виде осадков: дождя, снега, града или росы. В природе происходит непрерывный круговорот воды, от которого зависит распределение ее на поверхности суши. По способности переносить недостаток воды растения можно разделить на ксерофиты (растения с высокой выносливостью), мезофиты (со средней выносливостью), гидрофиты (с низкой выносливостью, приспособленные к избытку воды) и гигрофиты (водные растения).

Биотические факторы. Биотические факторы среды можно выразить через способы взаимоотношения организмов разных видов между собой.

Нейтрализм – взаимонейтральные отношения (по типу 0:0) организмы не влияют друг на друга, т.к. имеют различающиеся экологические ниши. Например, взаимоотношения крота и зайца (рис. 19).

Хищничество — питание одних животных другими с предварительной их поимкой и умерщвлением (взаимоотношения «хищник – жертва») (рис. 20).

Рис. 19. Крот и заяц

Рис. 20. Леопард и косуля

Конкуренция (у животных) – соперничество, любые антагонистические отношения между организмами, определяемые стремлением качественнее и быстрее достигнуть какой-либо цели. Термин «конкурентные взаимоотношения» является более общим и может не подразумевать каких-либо осмысленных желаний и стремлений (рис. 21).

Рис. 21. Внутривидовая борьба за свет между соснами

Паразитизм — форма взаимоотношений между видами, при которых один вид является паразитом, а другой — хозяином. Паразит — организм, живущий за счет особей другого вида, более или менее с ним связанный в своем жизненном цикле (фаги — вирусы, являющимися паразитами бактерий; печеночный сосальщик имеет несколько хозяев, среди них – моллюск и травоядное млекопитающее) (рис. 22).

Рис. 22. Аскарида – круглый червь паразитирующий в кишечнике человека

Комменсализм – возможное постоянное или временное сожительство особей разных видов, при котором один из партнеров извлекает из другого одностороннюю пользу, не причиняя ему при этом вреда (многие членистоногие, использующие птиц и млекопитающих для расселения и перемещения) (рис. 23).

Рис. 23. Лягушка и папоротник

Протокооперация – аналогичная комменсализму система взаимоотношений, при которой оба партнера извлекают друг из друга обоюдную пользу (крабы и гидроидные полипы, поселяющиеся на их панцире) (рис. 24).

Рис. 24. Зебра и птица

Мутуализм (симбиоз) — форма совместного существования организмов разных видов, при которой оба партнера (или один из них) не могут (не может) существовать без сожителя (лишайник — симбиоз грибов и водорослей или цианобактерии) (рис. 25).

Рис. 25. Лишайники и клубеньковые бактерии

Аменсализм – межвидовые взаимоотношения, определяющие подавлением одного организма другим, как правило, за счет его продуктов жизнедеятельности. Термин обычно используется в биологии микроорганизмов (рис. 26).

Рис. 26. Деревья затеняют траву, трава же на деревья не влияет

Антропогенные факторы – формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению природы как среды обитания других видов и среды обитания самого человека. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу. Значение антропогенного воздействия на весь живой мир земли продолжает стремительно возрастать. Человеческое общество влияет на природу в двух направлениях – на ресурсы, которые можно потреблять и, тем самым, снижать их доступность (полезные ископаемые), и условия, которые невозможно потреблять – ими можно только воспользоваться (температура, озоновый экран). Биологические ресурсы, за счет которых живет человеческое общество, можно разделить на три категории: жизнеобеспечивающие системы биосферы; биоресурсы, вовлеченные в непосредственно хозяйственную деятельность человека; ресурсы, необходимые для духовного и физического развития людей.

Закон оптимума. Для каждого вида организмов существуют оптимальные, пессимальные и запредельные значения действия любого фактора, в которых он, соответственно, чувствует себя наиболее комфортно, испытывает экологический дискомфорт или вообще не может существовать. Суть закона в том, что для большинства организмов наиболее комфортными являются средние значения фактора.

Ограничивающий фактор. Факторы среды, по своим значениям наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможности существования вида в данных условиях. Для каждого вида в разное время различные факторы, отклоняющиеся от оптимума, могут приобретать решающее значение. Такие факторы называют ограничивающими. Ограничивающие факторы среды во многом определяют ареал вида.

Экологическая ниша. Комплекс факторов, требующихся для существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе, называют экологической нишей.

Именно в ответ на суммарное воздействие экологических факторов среды у организмов в процессе эволюции и вырабатывается весь комплекс морфологических адаптации и биохимических, физиологических и поведенческих адаптивных механизмов.