Тема 2. Екологічні фактори та їх класифікація. Дії екологічних факторів на організм. Типи взаємодій між живими організмами (видами, популяціями)

Під екологічними факторами слід розуміти елементи середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає загибель).

Екологія особин (виду) – аутекологія – вивчає сукупність екологічних факторів, які діють на вигляд і відповідні реакції виду на цю дію.

Екологічні фактори за характером походження:

- абіотичні фактори (фактори неживої природи): кліматичні (тепло, світло, волога, тиск, радіоактивність повітря), едафічні (ґрунтові води, кислотність, отруйні речовини, механічні властивості ґрунту, лісова підстилка), орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція, висота над рівнем моря), геологічні (землетруси, виверження вулканів та інше );

- біотичні фактори (фактори живої природи, пов'язані з дією одних організмів на інші, включаючи всі взаємовідносини між ними;

- антропогенні фактори: будівництво міст, доріг, каналів, тунелів), видобування корисних копалин, розвиток промисловості і транспорту, рекреаційні (пожежі; ущільнення і пошкодження ґрунту, знищення тварин, рослин), лісокористування, надмірний вилов риби у водоймах.

Екологічні фактори за характером дії:

- стабільні фактори – ті, які не змінюються протягом тривалого часу (земне тяжіння, сонячна стала, склад атмосфери тощо);

- змінні фактори – закономірно змінні та випадково змінні. Закономірно змінні - періодичність добових і сезонних змін, що обумовлює певну циклічність у житті організмів (міграції, сплячка, добова активність та ін.). Випадково змінні фактори об'єднують біотичні і абіотичні і антропогенні фактори, дія яких повторюється без певної періодичності (коливання температури, дощ, вітер, град, епідемії, вплив хижаків та ін.).

Вважають, що загальна кількість екологічних факторів становить близько 60-ти; існує і спеціальна класифікація:

1) фактори часу (еволюційні, історичні, діючі);

2) фактори періодичності (періодичні і неперіодичні);

3) фактори первинні і вторинні;

4) фактори за походженням (космічні, абіотичні, біотичні, природно-антропогенні, техногенні, антропогенні);

5) фактори за середовищі виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні);

6) фактори за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, біогенні, комплексні, кліматичні);

7) фактори за об'єктом впливу (індивідуальні, групові, видові, соціальні);

8) фактори за ступенем впливу (летальні, екстремальні, обмежуючі, що турбують, мутагенні, тератогенні);

9) фактори за умовами дії (залежні чи незалежні від щільності);

10) фактори за спектром впливу (вибіркові чи загальної дії).

У природі всі екологічні фактори діють комплексно, одночасно і сукупно.

Середовище впливає на організм через абіотичні фактори температури, вологості, світла, тиску, хімічних характеристик субстрату тощо, а організм на середовище впливає, головним чином, зміною хімізму субстрату, виснаженням трофічних і енергетичних ресурсів і зміни мікрокліматичних умов. Вплив середовища на окремий організм, при посередництві біотичних факторів, що проявляється в доступності трофічного ресурсу (наприклад, їжу може з'їсти інша тварина), можливості розмноження (наприклад, зустріч з особою протилежної статі, наявність вільної території для розмноження і виведення потомства тощо), загроза хижака (наприклад, особа може з'їсти хижак) і т. д.

Екологічні фактори впливають на поведінку тварини, його активність, обмінні процеси в її організмі, розвиток і морфогенез. Будь-який чинник має або безпосередній вплив, або сигнальне (непряме) вплив на організм. У першому випадку фактор впливає механічно (наприклад, гравітація, електричне і магнітне поля, вітер тощо) або фізіологічно – зміною обмінних процесів (наприклад, зміна температури середовища призводить до прискорення або уповільнення метаболізму) і зміною внутрішнього середовища (наприклад, зневоднення). У другому випадку зміна будь-якого фактору може бути дуже незначним і не має якогось відчутного впливу на організм, проте, це незначна зміна служить сигналом організму для початку внутрішніх перебудов до можливих змін у середовищі (наприклад, зміна довжини світлового дня є сигналом до початку міграцій у перелітних птахів).

Одні і ті ж фактори неоднаково впливають на організм різних видів, які живуть разом і навіть на сукупності організмів одного і того ж виду.

Важливою характеристикою виду організмів є його витривалість до того чи іншого фактору. На життєдіяльності організму негативно позначається як недостатня, так і надмірна дія будь-якого фактору. Сила фактору, яка сприяє життєдіяльності організму, називається зоною оптимуму, а межа витривалості організму лежить між верхньою і нижньою межами величини фактору, коли організмам загрожує загибель. Зони пригніченого стану називають зонами песимума. Величина діапазону зон оптимуму й песимума є критерієм для визначення витривалості й пластичності організму щодо даного екологічного фактору, тобто екологічної валентності.

Екологічна валентність – це ступінь пристосовуваності живого організму до змін умов середовища. Кількісно екологічна валентність виражається діапазоном середовища, в межах якого даний вид зберігає нормальну життєдіяльність.

Організми по відношенню до характеру впливу екологічних факторів називають стенобіонтами і еврибіонтами.

Стенобіонти – організми, які можуть жити лише в певних умовах середовища при дуже незначному коливанні його факторів.

Еврибіонти – організми, які можуть жити в різних умовах навколишнього середовища.

Кожен екологічний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. Нормальна життєдіяльність організмів можлива лише за умови життєвого оптимуму екологічного чинника для конкретного виду, тобто сприятливого впливу фактору, який забезпечує оптимальні умови для життєдіяльності особин даного виду. Чим більше відхилення екологічного фактора від оптимальної величини, тим сильніше пригнічується життєдіяльність організмів.

Мінімальні і максимальні значення екологічного фактору є критичними – за їх межами життя неможливе. Межі інтенсивності дії фактору, за яким існування організмів стає неможливим, називають верхньою і нижньою межею витривалості. Фактори, які виходять за межі витривалості, називаються лімітуючими або обмежуючими. Вони визначають територію розселення виду. Наприклад, поширення багатьох видів тварин на північ стримується нестачею тепла і світла, на південь – дефіцитом вологи. Оптимум і межі витривалості організму щодо певного фактору залежать від інтенсивності дії інших (явище взаємодії екологічних факторів).

Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. З іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Однак така взаємна компенсація завжди обмежена, і ні один із необхідних для життя факторів не може змінитися іншим. Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактору називають іноді ще екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактору, але й швидкість його зміни.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може нормально існувати, розвиватись і давати потомство, наприклад, рослини не можуть рости при достатній освітленості і наявності вуглекислого газу, якщо їм не буде вистачати вологи.

Фактори навколишнього середовища забезпечують існування в просторі і часі. Засвоєння і використання факторів здійснюється організмом через адаптації.

Адаптація – ц пристосування або засоби, за допомогою яких організм здійснює взаємодію з середовищем для підтримання гомеостазу і забезпечує безперервність існування в часі через потомство.

Залежно від кількості й сили дії один і той самий фактор може мати протилежне значення для організму. Наприклад, підвищення, або зниження температури за межі пристосовності організму призводить до його загибелі. Адаптивні можливості різних організмів розраховані на різне значення фактору. Так, більшість прісноводних риб гине, потрапивши в морську воду, а морські риби гинуть при зниженні солоності води.

Адаптації можуть бути морфологічними, які виражені в пристосуванні будови (форми) організмів до факторів середовища, фізіологічними – пристосування травного тракту в склад їжі і екологічними – пристосування поведінки тварин до температурних умов, вологості.

Коротко розглянемо групи факторів, об'єднаних характером походження.

Серед абіотичних факторів особливо виділяється група кліматичних факторів. Незважаючи на те що всі абіотичні фактори впливають на живі істоти комплексно, дія кожного з них неравноцінно. Температура – один з найважливіших факторів, від якого залежить нормальний перебіг всіх життєвих процесів в організмі. Адаптації тварин до температури призвели до появи холоднокровних і теплокровних тварин, які придбали здатність регулювати температуру свого тіла. Світло – джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя на Землі. Вода необхідна для життя і, може бути важливим лімітуючим фактором.

Дія багатьох абіотичних факторів, включаючи рельєф, вітер, тип ґрунту тощо виявляється опосередковано – через температуру і вологість. Внаслідок цього на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть суттєво відрізнятися від середніх для даного регіону в цілому. Температура і кількість опадів визначають розташування на земній поверхні основних природних зон. Різноманітність природних комплексів часто визначається особливостями ґрунтів, від яких залежить надходження вологи. Один і той же фактор щодо різних організмів може відігравати різну роль, наприклад, світло. Для рослин, наземних тварин світло є основним чинником, необхідним для існування, для ґрунтових організмів, жителів печер цей фактор не має значення.

Екологічні фактори діють на організм різними шляхами. У найпростішому випадку має місце прямий вплив (сонячний промінь нагріває тіло ящірки). Дуже часто екологічні фактори впливають на організм опосередковано, через безліч проміжних ланок. Наприклад, поєднання високої температури повітря з низькою вологістю і відсутністю дощів призводить до посухи – рослинність вигоряє, травоїдні мігрують або гинуть.

Радіаційний режим обумовлюється іонізуючим випромінюванням. Іонізуюче випромінювання – це випромінювання з високою енергією, яка обумовлює перетворення атомів в іони. Біологічна дія випромінювання полягає в ушкодженні збудженні молекул (у тому числі ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій. Джерелом іонізуючого випромінювання є радіоактивні речовини і космічні промені. Доза опромінення (1 рад) – це така доза опромінення, коли 1 г тканини поглинає 100 ерг енергії. Одиниця дози опромінення людини – 1 бер (біологічний еквівалент Рентгена); 1 бер дорівнює 0,01 Дж/кг. Протягом року в середньому отримує дозу 0,1 бер, а за все життя (за 70 років) 7 бер.

Біотичні фактори являють собою форми впливу живих організмів один на одного. Основною формою такого впливу в більшості випадків є харчові зв'язки, на базі яких формуються складні ланцюги живлення. У рослинних і тваринних угрупованнях організмів виникають просторові зв'язки. Все це обумовлює формування біотичних зв'язків. Між організмами виникають різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими.

Розрізняють наступні типи біотичних зв'язків:

- конкуренція – боротьба між представниками різних видів за воду, світло, життєвий простір;

- мутуалізм – представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному (комахи і квіти) ;

- коменсалізм – коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому (акула і риба-прилипала);

- паразитизм – одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів (кліщі, воші, глисти);

- хижацтво – одні організми вбивають інших і живляться ними;

- аменсалізм – форма біотичних взаємовідносин, при яких відбувається гальмування росту одного виду продуктами виділення другого. Найбільш відомими формами аменсалізму є антибіоз – пряма конкуренція і алелопатія – виділення отруйних речовин у боротьбі з конкурентами за ресурси.

Антропогенні фактори здійснюють прямий або опосередкований вплив. Прямий вплив спрямований безпосередньо на живі організми (штучне розведення риб, птахів, охорона рослин і тварин). Непрямий вплив здійснюється шляхом змін клімату, фізичного стану і хімізму атмосфери, водойм, поверхні землі.