Лекция. 2. Тема Концепция «среды» и ее связь с организмами, закономерности взаимодействия, аутэкология -1 час

Содержание: Уровни организации живых систем. Организм и условия его обитания. Концепция «среды» и ее связь с организмами. Определение, классификация. Понятие' «экологический фактор». Принцип действия экологического фактора. Реакция организма на действие экологических факторов в пространстве и во времени. Классификация экологических факторов. Уровни действия и взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы, определение и классификация, закон Ю. Либиха, закон толерантности В. Шелфорда. Правила 10% Линдемана. Правило замещения экологических условий. Диапазон толерантности. Стенобионтные и эврибионтные организмы. Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов. Экологическая емкость среды.

Аутоэкология - экология особей (факторальная экология). Аутоэкология изучает взаимоотношения представителей вида с окружающей его природной средой, влияние совокупности экологических факторов на изолированную особь (организм) и ответные реакции особи на их действие.

1.Концепция «среды» и ее связь с организмами Определение, классификация. Приспособление организмов к среде обитания. Организмы и среды их обитания. Основной источник разнообразия биосферы (внешней оболочки Земли, населенной живыми организмами) -это деятельность живых организмов. Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ. В биосфере представлено более 2 миллионов видов живых организмов. Многие виды включают в себя миллионы особей, определенным образом распределенных в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей природной средой. Деятельность живых организмов создает удивительное разнообразие окружающей нас природы. Оно и служит гарантией сохранения жизни на Земле. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

В пределах биосферы выделяются четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий: 1)водная, 2) наземно-воздушная, 3) почвенная, 4) среда, образуемая самими живыми организмами. В каждой из этих сред своя биота (набор живых организмов), ведущая свой образ жизни.

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов и симбионтов.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям -одно из основных свойств жизни вообще, т.к. обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на самых разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообщества и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции.

Адаптации модно разделить на три типа: Морфологические, физиологические и этологические. (морфол-кие сопровож-ся изм-ем в строении орг-ма, например, видолизменение листьев у растений пустынь; Физиол-кие изм-ния в физиологии организмов, например способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира; этологические - изменения в поведении, например, сезонные миграции животных и птиц, впадение в спячку в зимний период).

\ 2.Понятие «экологический фактор». Принцип действия экологического фактора. Факторы среды. В понятие природной среды входят все условия живой и неживой природы, в которых существуют организм, популяция, природное сообщество. Природная среда прямо или косвенно влияет на их состояние и свойства. Компоненты природной среды, влияющие на состояние и свойства организма, попу-ляции, природного сообщества, называют экологическими факторами - любое условие среды, на которое живой организм реагирует приспособительными реакциями. Среди них различают три разные по своей природе группы факторов: абиотические,

8

биотические, антропогенные (рис. 2.1).

Абиотические факторы - это факторы неживой природы (прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность воздуха) и местные (рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и т.д.). Эти факторы могут влиять на организм прямо, то есть непосредственно, например, свет и тепло; либо косвенно, например, рельеф, что обусловливает действие прямых факторов: освещенности, увлажнения, ветра и прочих. Затем идут эдафические (почвенные), важные для обитающих в почве животных, и, наконец, гидрографические, или факторы водной среды.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экол-кие фак-ры имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы деляется на три большие группы: абиотические, биотические и антропогенные. Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет ожог, если очень низкая - обморожение. Н а действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т.п.

Но есть и физические факторы глобального воздействия на организмы, к которым относятся естественные геофизические поля Земли (Трофимов, Зилинг,2002).

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды. Если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т.п. Эдафические факторы, т.е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений.

Классификация экологических факторов (По Ю.Одуму, 1975)

Экологические факторы живойггрироды косной природы

(абиотические, абиогенные)

Природные Антропогенные

(биотические,, биогенные)

_{7 \}

Природные Антропогенные

ФИЗИЧЕСКИЕ

(климатические, космические, почвенные и др.) ХИМИЧЕСКИЕ (компоненты воды, воздуха, почвы, кислотность, примеси и др.)

ЗООГЕННЫЕ

(воздействия животных) ФИТОГЕННЫЕ (воздействия растений) МИКРОБОГЕННЫЕ

(воздействия микробов)

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодические факторы не имеют периодичности (например извержение вулкана, ураганы, нападение хищника). Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы идр.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных (температура, количество осадков, биомасса, продуктивность).

Экологические факторы оказывают на организмы различные воздействия: ограничивающее, раздражающее, модифицирующее, сигнальное. Ограничивающее воздействие делает невозможным существование в данных условиях. Раздражительное действие вызывает биохимические и физиологические адаптации. Модификационное воздействие вызывает морфологические и анатомические изменения организмов. Сигнальное воздействие информирует об изменениях других факторов среды.

В природе экол-кие фак-ры действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.

Для жизни растений и животных наибольшее значение имеют такие компоненты среды, как свет, температура, влажность. Важная особенность этих факторов заключается в их закономерном изменении как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. Поэтому и приспособления к ним имеют зональный и сезонный характер / 3 - 5 /.

Абиотические факторы

Факторы взаимодействия между особями одного и того же вида

Температура

Свет

Вода

	Биотические факторы
	Групповой и массовый эффект
	Внутривидовая конкуренция

Нейтрализм

_I

Физические и химические факторы

Температура плюс влажность

Биогенные вещества

Межвидовая конкуренция *

Мутуализм

Симбиоз

Комменсализм

Амменсализм

Паразитизм

Хищничество

Рис.2.1. Классификация экологических факторов

Свет. Солнце служит основным источником энергии для всех земных процессов. В спектре солнечного излучения выделяются три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна лишь потому, что это коротковолновое излучение задерживается озоновым слоем атмосферы. Более длинные волны (0,300 - 0,400 мкм) доходят до поверхности Земли и в большой дозе могут повреждать живые клетки. В небольших дозах лучи необходимы человеку и животным.

Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм, на долю которых приходится большая часть энергии солнечного излучения, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения синтезируют органиче-ское вещество - пищу для всех остальных организмов за счет энергии именно этой части спектра.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм не воспринимаются глазом человека, но они являются важным источником внутренней энергии. Ими особенно богат прямой солнечный свет.

Поскольку свет имеет суточную и сезонную периодичность, у животных возникли приспособления к дневному и ночному образу жизни.

Температура. Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры - внешней и внутренней. Особенно зависимы от внешней температуры организмы, неспособные поддерживать постоянную температуру тела (все растения и большинство животных, кроме птиц и млекопитающих), которые при отрицательной температуре погибают, а верхний температурный предел не превышает 40 - 45 °С (за исключением некоторых видов).

Влажность. Недостаток влажности является причиной, ограничивающей жизнедеятельность и распространение большинства растений и животных.

Как видим, все организмы, несмотря на различия в образе жизни, приспособлены к главным особенностям своей среды. Этот процесс называется адаптацией (см. 2.3.4).

Биотические факторы. Любой живой организм окружает другой конкретный организм или сообщество, которые являются биотическим фактором, оказывающим большое влияние на его развитие, существование.

В популяционной экологии различают внутривидовые и межвидовые биотические факторы. Антропогенные факторы. Человек настолько воздействует на окружающую природную среду, что жизнедеятельность, разнообразие и существование живых организмов зависит от его деятельности. Современные экологические проблемы и возрастающий интерес к экологии связан с действием антропогенных факторов.

Закономерности действия факторов среды на организмы. К закономерным действиям относятся: правило минимума Либиха, правило оптимума Шелфорда, правило взаимодействующих факторов Одума, фотопериодизм, адаптация к ритмичности природных явлений.

Разные экологические факторы, такие как температура, влажность, пища, действуют на каждую особь. В ответ на это у организмов через естественный отбор вырабатываются различные приспособления к ним. Интенсивность факторов, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют оптимальной или оптимумом. Если количественное значение хотя бы одного из факторов выходит за пределы выносливости, то существование вида становится не­возможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Такие факторы, выходящие за границы оптимальных значений - минимума или максимума, - называются ограничивающими (лимитирующими). Например, рост и развитие культурных растений постоянно зависят то от недостатка влаги или минеральных удобрений, то от недостатка или избытка температуры и т.п. Закон минимума Либиха, 1840. Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. В качестве лимитирующего (ограничивающего) фактора может быть любой экологический фактор, количественные и качественные показатели которого как-либо ограничивают жизнедеятельность организма. Так, рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве.

Другими словами: если организму (экосистеме) не будет хватать того минимума фактора (тепло, свет, вода и т.д), ниже которого или прекратится развитие экосистемы, или наступает смерть. Следует помнить, что высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребление минимального питательного вещества. Организм иногда заменяет одно, дефицитное, вещество другим, имеющимся в избытке 161.

3.Реакция организма на действие экологических факторов в пространстве и во времени. 3. Основные закономерности действия экологических факторов

Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум - такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают верхний и нижний предел выносливости.

Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экол-го фак-ра в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью и пластичностью). Значения экол-го фак-ра между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой стенобионтными. Организмы, переносящие значительные колебания температуры, наз-ся эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур -стенотермными.