6. Законы экологии.

Законы экологии имеют экологический характер.

1.Закон толерантности

(толерация — терпение).

Толерантность-способность организма выдерживать изменения условий жизни (колебания температуры, солености, влажности, света). Организмы делятся на эврибионтов(способны жить при различных условиях среды) и стенобионтов(требующие строго определенных условий среды).

В природе жизнь организма зависит от состояния физических и химических факторов, от диапазона толерантности самих организмов к тем или иным компонентам среды. Пределами толерантности по температуре явл макс и мин температуры, за пределами к-рых для вида смертельны жара и холод. Все живые существа способны жить при темп от 0 до 50^оС, что связано с особыми св-вами протоплазмы клеток.

Классификации экологических факторов По характеру воздействия

• Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

• Косвенно действующие — влияющие опосредованно через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

• Абиотические — факторы неживой природы:

  • климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

  • эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

  • орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

  • химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

  • физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

• Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

  • фитогенные — влияние растений

  • микогенные — влияние грибов

  • зоогенные — влияние животных

  • микробиогенные — влияние микроорганизмов

• Антропогенные (антропические):

  • физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

  • химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

  • биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

  • социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

• Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO₂, O₂, свет)

• Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

• Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы

• Многолетне-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом

• Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

1. Экологические факторы среды

Все живые организмы подвергаются воздействию самых разнообразных абиотических, биотических и антропогенно-техногенных факторов. Любое условие окружающей среды, оказывающее прямое влияние на живые организмы во времени и в пространстве называется экологическим фактором. Существование и развитие любого организма и их сообществ зависит от комплекса экологических факторов. Экологические факторы воздействуют на живые организмы различно. Любое условие окружающей среды, приближающееся к пределу толерантности или превышающее его, называется лимитирующим фактором. Например, при несоответствии климатических и физико-химических условий некоторые виды организмов погибают или исчезают с данной территории и т.д. Лимитирующим фактором может быть любое жизненно важное явление или вещество, доступное количество, которого наиболее близко к необходимому минимуму. Это явление называется “Закон минимума Либиха”.

Экологические факторы воздействуют на живые организмы различно:

Устраняя некоторые виды с территории (климатические и физико-химические особенности которых им не подходят) и, следовательно, изменяя их географическое распространение, изменяя плодовитость и смертность разных видов путем воздействия на развитие каждого из них и вызывая миграции, т.е. влияя на плотность популяций.

Способствуя появлению адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений, как диапауза, зимняя и летняя спячки, фотопериодические реакции и т.д. Таким образом, экологическими факторами называют условия среды существования и развития жизни. Они делятся на комплексы -- климатические, эдафические, орографические.

Многие химические, физические и биологические факторы являются и внешними и внутренними. Например: температура, влага, воздух и большое число других факторов. Далее, каждое следствие или свойство является причиной по отношению к другим внешним и внутренним свойствам. Поэтому, только в каждом конкретном случае можно и надо строго различать с каким действием фактора мы имеем дело, с внешним или внутренним, и также строго различать, где и в каких связях один и тот же фактор (условия жизни) служит причиной, а в каких следствием.

Без этого нельзя осуществить правильно ни одно биологическое исследование и эксперимент, и отразить такое деление в классификации невозможно. Факторы образуют бесконечно сложный комплекс. В природе всегда существует комплексный характер действия факторов, но комплексность не исключает специфики каждого отдельного фактора. Это хорошо доказывают экотипы растений, выделенные по степени увлажнения среды, по свету, температуре и др. экологическим факторам. Тоже следует сказать и о формировании других адаптивных и неадаптивных признаков организма. Каждый компонент жизненных условий придает комплексу специфику. Если эта специфика достаточно сильна и существенна (живой организм весьма чувствительный “аппарат”), то через обмен веществ и отбор она может стать формирующим, ведущим фактором того или другого признака или свойства организма. Это одинаково относится к внешним и внутренним условиям жизни. Ведущая роль отдельных факторов проявляется с одинаковой силой у животных и у растений. Ведущий фактор действует на организм через отбор и непосредственно на обмен веществ обоими или только одним путем. В последнем случае фактор отбора и фактор, действующий на обмен веществ, разные.

При формировании каждого признака и свойства организма в сложном комплексе жизненных условий всегда ведущую роль играет несколько факторов, придающих жизненным условиям определенную особенность. В процессе развития организмов и их отбора лучше выживают экземпляры , изменяющиеся в сторону приспособления к жизненным условиям. Приспособление может выражаться в использовании нового фактора, если он оказывает положительное действие на организм, или в нейтрализации и выработке против него защитных средств. Фактор действует на организм нейтрализацией и выработке против него защитных средств, если фактор действует на организм отрицательно, неприспособленные в критический момент гибнут (элименируются), не дав потомства или сократив потомство (образование недостаточной численности особей, необходимой для сохранения вида, разновидности и формы). Процесс отбора организмов, приспособленных к действующим факторам, длится много миллионов лет. На земле давно почти не осталось природных факторов, на которые живые организмы не могли бы реагировать направленно, если действующий фактор не уничтожает особи и не нарушает ее способность к нормальному размножению. Направленная изменчивость организмов - результат естественного отбора. Этого не знал Дарвин, считавший, что признание наследственных изменений есть отступление от научного объяснения эволюции, от учения о ведущей роли естественного и искусственного отбора. Между тем и приспособительная изменчивость не исключает возникновения вариаций, постоянно дающих через размножение организмов огромный материал для отбора. Таким образом, роль отбора не уменьшается, а увеличивается, т.к. отбору принадлежит не только выбор лучше приспособленных организмов, но и создание самого свойства направленной изменчивмости. Направленная изменчивость -- естественное свойство организмов.Приспособительные изменения наследственно закрепляются и усиливаются, если ведущий фактор их жизненных условий вид -- в последующих поколениях сохраняется, и наоборот, быстро ослабевает или не наследуется, если действующий фактор носит разовый или мало повторяющийся в поколениях характер. Наследственная устойчивость организмов и ненаследование приспособительных к ним изменений есть свойство организмов, созданное естественным отбором. Таким образом, в основе формирования каждого признака и свойства организмов существовал или существует один или несколько ведущих факторов, действующих через многосложный комплекс жизненных условий.

5)Закономерности действия экологических факторов на организм

Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие — на определенный жизненный процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма

Подобная закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как фундаментальный биологический принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды.

Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С), нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5—10 мин. Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с довольно узким диапазоном кислотности — при рН = 3,5—4,5 (например, вереск обыкновенный, белоус торчащий, щавель малый служат индикаторами кислых почв), другие хорошо растут при широком диапазоне рН — от сильнокислого до щелочного (например, сосна обыкновенная). В связи с этим организмы, для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды, называют стенобионтными (греч. stenos — узкий, bion — живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды, —эврибионтными (греч. eurys — широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фак тору и широкую — к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения.

Взаимодействие экологических факторов. Ограничивающий фактор. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.

В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.

Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

Природа ограничивающих факторов может быть различной. Например, угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, богатых почвах возможности развития трав ограничиваются недостатком света. Изменить такой результат можно только воздействием на ограничивающий фактор.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь и сухих степей — недостатком влаги или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений.

Выявление ограничивающих факторов и устранение их действия, т. е. оптимизация среды обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности домашних животных.