Питання для самоперевірки

1. Поняття екологічного фактору.

2. На які основні групи поділяються фактори середовища?

3. Чому кліматичні фактори відносяться до найважливіших абіотичних фак­торів?

4. Відносини яких типів складають різноманітність біотичних факторів?

5. Чому антропічні фактори раніше відносили до групи біотичних?

6. Які із трьох груп факторів найбільш істотно проявляються в сучасних умовах чому?

Тема 4. Екологія виду

«Екологія — це наукове пізнання взаємодій, які визначають по­ширення і чисельність організмів» (Бигон, Харпер, Таунсенд, 1989, т. І, с. 10). Тобто основний зміст екології — вивчення закономір­ностей поширення і динаміки чисельності організмів в залежності від особливостей середовища.

Екологія займається трьома рівнями біологічних організмів і їх об'єднань:

1. Окремими особинами (індивідумами)—екологія виду або аутекологія;

2. Популяціями, які складаються з особин одного виду — еколо­гія груп (популяцій) або популяційна екологія;

3. Угрупованнями, які складаються з більш-менш значної кіль­ кості популяцій різних видів — екологія угруповань або біоценологія ( біогеоценологія ).

Екологів цікавлять не тільки природні поєднання біологічних організмів, а також угруповання, які створені людиною (наприклад, агроекологія і інші).

Екологія особин (або виду) є окремий розділ загальної екології, в якому найбільша увага приділяється життєвим циклам і поведінці організмів як способів пристосування до навколишнього середови­ща. По суті справи досліджується не сам організм (цим займаються інші біологічні науки), а його зв'язки з навколишнім середовищем і іншими організмами, які знаходяться поруч з ним.

Організми становлять елементарну біологічну одиницю, яку вивчає екологія. Видатний біолог І. М. Сеченов вказував, що живий організм (рослинний чи тваринний) це саморегулюючий в часі механізм, який є специфічною динамічною системою і тісно зв'язаний зі своїм середовищем обмінним процесом. Взаємозв'язок організму з навколишнім середовищем постійний і нерозривний: середовище впливає на організм, а організм змінює середовище. Таким чином, аутекологія вимагає вивчення екологічних факторів середовища і їх впливу на існування, форми життя і поведінки, пристосування до змін умов.

Екологічні фактори поділяються на абіотичні (фактори неживої природи), біотичні (фактори живої природи) і антропічні (фактори, які пов'язані з впливом діяльності людини на природу). Таким чином, для вивчення екології виду потрібне знання місця, де мешкає досліджуваний організм.

Середовище місця проживання — це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Скла­дові частини та властивості його різноманітні і мінливі. Водне середовище було першим, в якому виникло і поширилося життя. Згодом живі організми оволоділи наземно-повітряним середовищем, створили і заселили грунти. Четвертим специфічним середовищем життя стали самі живі організми, кожний з яких — цілий світ для заселяючих його паразитів або симбіонтів.

Пристосування організмів до середовища називають адаптацією. Здатність до адаптації — одна з основних властивостей життя, що забезпечує саму можливість його існування, можливість організмів виживати і розмножуватися. Адаптації виникають і змінюються в ході еволюції видів. Середовище здатне формувати подібний тип адаптації, надаючи таким чином віддаленим між собою видам подібних ознак (так зване явище конвергенції). Наприклад, багато видів, що заселяють пустелі, мають специфічні функціонально подіб­ні механізми регулювання, гідротермічного режиму свого організму (колючки, листя, добова активність і т. п.)

Але організми кожного виду мешкають не в будь-якому середо­вищі, а тільки в тому, яке має відповідні для цього умови життя. Територія або ареал, який за своєю температурою, вологістю, харак­тером грунту або рослинності, ресурсами живлення і іншими факто­рами відповідає потребам життя організму, називається його місце­знаходженням (місцезростанням). Поняття «місцезнаходження» не слід плутати з категорією «екологічна ніша». Остання визначає функціональну роль особини (або популяції) в даній екосистемі. Ніша — це «професія», або спосіб життя, а місцезнаходження — це адреса. Тобто один і той же організм або їх група можуть жити на різних територіях, але обов'язково, щоб умови життя в цих регіонах відповідали вимогам екологічної ніші особин. Так, наприклад, хов­рахи можуть мешкати на дуже великих за площею ареалах, які відрізняються особливостями умов життя. Але ховрашок живиться і рослинами, і пташенятами, і яйцями, і комахами. В різних районах він може мати різні джерела харчування. Самим же ховрашком можуть харчуватися койоти, лисиці, вовки, яструби і інші тварини. Відповідно вони по-різному впливають на чисельність популяції ховрахів. Таким чином, кожна взаємодія ховраха з навколишнім середовищем є складова його екологічної ніші, яка в свою чергу визначає місця, де він може жити і які інші організми можуть існувати поруч.

Спеціалізація виду щодо живлення, використання території, часу активності і інших умов протягом тривалого терміну може змінюва­тись: звужуватись або розширюватись. В цілому для видів з вузь­кою екологічною нішею характерні незначні за площею ареали поширення і навпаки. За істотних змін умов (наприклад, стихійні лиха, негативний вплив людської діяльності) ймовірність повного зникнення видів з вузькою екологічною нішею — найбільша

Кожен окремий вид має свою екологічну нішу. За правилом Г. Ф. Гаузе два види не можуть існувати в одній екологічній ніші. Так, у близькородинних видів, які існують в природі разом, можна бачити дуже дрібну розмежованість екологічних ніш. В африкансь­кій савані копитні тварини живляться так: зебри харчуються верх­ньою частиною трави, антилопи гну поїдають те, що залишилось від зебри, вибираючи окремі види рослин; газелі вищипують найнижчу частину трави, антилопи топі задовольняються високими сухими стеблинами, які залишились після інших травоїдних тварин.

За рахунок різноманітних екологічних ніш на одній території може існувати велика кількість різних видів живих організмів, що призводить до створення багаточисельних екосистем у природі.

Екологічні ніші видів змінюються у просторі і в часі. Ці зміни пов'язані з конкурентною боротьбою (міжвидовою і внутрівидовою) Механізми виходу з конкуренції і розмежування екологічних ніш можуть бути такими:

• Диференціація за розмірами (співвідношення ваги у котів, рисі, тигрів);

• Різниця у поведінці (мурашки-будівельники живляться насін­ням рослин, які створюють групи; мурашки-фуражири збирають і харчуються насінням рослин, які ростуть окремо одна від одної);

• Просторова диференціація (харчування на одній території, але в різних місцях — на відкритих просторах, під кущами і т. інш.);

• Різниця за часом активності (на протязі доби, за сезонами року і інші).

Сукупність дії всіх екологічних факторів середовища має цикліч­ний характер (сезонний, добовий і інший), що пов'язано з періодич­ністю всіх природних процесів на земній кулі (надходженням сонячної радіації, вологості, температури і т п.)

У результаті адаптації організмів до коливання природних про­цесів кожна особина, кожен вид мають власний біологічний годин­ник, тобто здатність до орієнтування в часі. В основі цієї орієнтації знаходиться періодичність протікання в клітинах організму фізико-хімічних процесів. Біологічний годинник дозволяє організмам про­водити власні фізіологічні ритми відповідно до ритмів навколишньо­го середовища.

Одним з прикладів пристосування організмів до природних рит­мів може бути фотоперіодизм — їх реакція на сезонні зміни трива­лості дня. Його прояв залежить не від інтенсивності освітлення, а лише від ритму чергування темного і світлого періодів доби. Наприклад, у деяких рослин і тварин довгі весняні та ранньолітні дні стимулюють ростові процеси і підготовку до розмноження. Скорочені дні другої половини літа та осені гальмують ріст і викликають у рослин підготовку до зими.

Фотоперіодизм — це реакція пристосування організмів до змін клімату. Закономірності сезонного розвитку природи вивчає при­кладна галузь екології — фенологія.

Біологічний годинник — це механізм адаптації організмів до коливання процесів і явищ природного середовища. Цей механізм створювався еволюційно.

Крім фотоперіодизму існують і інші адаптивні біологічні ритми. Адаптивними ритмами прийнято називати зовнішні ритми геофізич­ного походження, тобто коливання, які пов'язані з впливом навко­лишнього середовища на організми. Існують також і внутрішні цикли організмів, але вони є об'єктом дослідження інших біологічних наук.

До адаптивних ритмів відносять також добові ритми організмів, які пов'язані з обертанням Землі навколо своєї осі. Практично всі види мають періоди сну і активності в залежності від часу доби. Є денно- і нічноактивні тварини. Для рослин характерна більша денна активність. Є види, які мають приблизно однакову активність протягом доби. Такі ритми називають поліфазними (деякі хижаки, землерийки і інші).

Другий тип адаптивних циклів — це припливно-відпливні ритми. Вони характерні в основному для морських організмів, які мешкають у прибережній зоні.

У деяких організмів виявлена залежність від періодичності фаз Місяця.

Річні ритми (або циркані) — найбільш поширені і універсальні серед адаптивних циклів. З ними пов'язані різноманітні адаптації: ріст міграції, розмноження організмів, їх пристосування до неспри­ятливих пір року

В даний час вивчаються реакції організмів щодо впливу слабких геоелектромагнітних полів, атмосферних припливів і відпливів та інших природних явищ.

У результаті адаптації видів, популяцій і угруповань до факторів навколишнього середовища еволюційно проходить процес природно­го добору.

Природний добір — це є виживання найбільш пристосованих і загибель менш пристосованих генотипів:

1. Під впливом змін природних умов (факторів) середовища;

2. Змін частоти генетичних ознак в результаті вибіркового вижи­вання і розмноження особин, які найбільш пристосовані до даного середовища.

Природний добір обумовлений трьома якостями організмів: гене­тичною мінливістю, спадковістю ознак і впливом зовнішнього сере­довища на виживання і розмноження. Ч. Дарвін вперше показав, що природний добір — основний рухомий фактор еволюції органіч­ного світу.

Вивчення екологічною наукою ролі факторів навколишнього се­редовища щодо природного добору живих організмів має велике практичне значення для забезпечення ефективного штучного добору.

Штучний добір — це система заходів, яку здійснює людина з метою вдосконалення існуючих і створення нових порід тварин і сортів рослин з корисними у господарському відношенні спадкови­ми ознаками. Розрізняють методичний штучний добір (цілеспрямо­ване виведення нових порід або сортів) і несвідомий штучний добір (коли людина стихійно відібрала для розмноження найкращі особи­ни тварин або рослин). Останній процес почався ще в старовинні часи і привів до одомашнення та введення в культуру багатьох видів тварин і рослин (практично всіх, які сьогодні відомі у світі). Деякі з них були втрачені в результаті розвитку цивілізації, як це сталося з окремими видами антилоп у Старовинному Єгипті.

На сучасному етапі процес одомашнення тварин і введення в культуру нових сортів рослин прийняв науково обгрунтований характер. Велике значення в ньому відіграють екологічні досліджен­ня, спрямовані на вивчення впливу екологічних факторів на зміну корисних ознак живих організмів.

Для впровадження нових методів найбільш ефективного вико­ристання тваринного світу необхідні знання основних типів поведін­ки тварин.

Поведінка тварин — це є комплекс безумовних та умовних реф­лексів, який склався еволюційним шляхом і який лежить в основі реакції тварин на дію внутрішніх і зовнішніх факторів. Найважливі­шими у поведінці тварин є екологічні, еволюційні, фізіологічні і психологічні аспекти, аналізом яких займається наука етологія.

Для комах, нижчих безхребетних і інших тварин найбільш харак­терна інстинктивна поведінка, яка обумовлена генотипом і є специфічною для кожного окремого виду. Вона складається з запрограмова­них дій. Наприклад, ряд послідовних дій птахів при будівництві гнізда, збиранні їжі, залицянні самця до самки, спарюванні, відкла­данні яєць та захисту пташенят.

Щодо вищих тварин, то для них поряд з інстинктивною поведін­кою характерні більш складні взаємодії — так звана групова поведі­нка. Це — система спілкування між тваринами, форма ієрархії навчання і збалансування протилежних форм поведінки (конкуренції та кооперації, агресивності та підкорення, агрегації та ізоляції і інших).

Розрізняють також територіальну поведінку, тобто такі активні дії тварин, з допомогою яких вони розміщуються у просторі. При­кладом цієї форми поведінки може бути обмеження деякими твари­нами або групами тварин індивідуальних ділянок та їх захисту (місць живлення, розмноження та життя). Відокремлюються ділян­ки з допомогою звукових сигналів, метаболітів, налякування чужа­ка. Ця форма поведінки має велике значення при регулюванні динаміки чисельності популяцій птахів, звірів, деяких комах, мурах).

Найбільше значення для екології має вивчення поведінки тварин в навколишньому середовищі. Засновник екології Е. Геккель вико­ристовував термін «етологія» (наука про поведінку тварин) як сино­нім «екології». І. Жофруа Сент-Іллер ввів у 1854 р. нову науку «екологічну етологію».

До основних типів поведінки відносять конкуренцію, тобто анта­гоністичні відносини між особинами одного або кількох видів (внут­рівидову і міжвидову). Конкуренція визначає боротьбу за існування, за домінування, за їжу, за територію і інші ресурси життя між організмами. Вона існує в основному за умов дефіциту необхідного ресурсу, а також за умов збільшення чисельності організмів, коли також створюється дефіцит ресурсу.

Протилежний конкуренції процес — кооперація, тобто взаємодія між двома видами, при якій обидва отримують користь. Найбільш відома форма такого існування симбіоз. Розрізняють декілька видів симбіозу: коменсалізм, мутуалізм.

При коменсалізмі один вид тварин живиться за рахунок іншого без шкоди для нього. Наприклад, гієни живляться залишками їжі левів. При мутуалізмі співвідношення між організмами ще тісніші. Обидва види не можуть існувати один без одного. Наприклад, жуйні тварини не можуть перетравлювати їжу без мікроорганізмів, які мешкають в їх рубці і живляться речовинами з цієї їжі.

Класичним прикладом симбіозу є співжиття грибу і водорості, які в сукупності створюють лишайники.

Агресивність характеризує відносини між конкуруючими особи­нами, паразитом та господарем, хижаком та жертвою. Прикладом агресивної поведінки тварини можна назвати бій між самцями оленів під час шлюбного гону.

Підкорення — це одна з форм підпорядкування слабшого сильні­шому. Такі відношення популяції у групах тварин, де є вожак зграї і інші особини, кожній з яких визначено своє місце.

Агрегація — сполучення в одне ціле різнорідних або однорідних тварин, скупчення організмів, які можуть вільно пересуватися. При­клади: ватага вовків, зграя птахів, рій бджіл і інші.

Прикладом ізоляції (відносно автономного існування тварин або їх сімей) може бути більшість звірів: лиси, зайці, ведмеді і багато інших.

У кінцевому результаті від поведінки особин залежить стабільне існування природних систем.