1. Абиотические факторы . К этой категории факторов относятся все физические и химические характеристики среды. Это свет и температура, влажность и давление, химизм воды, атмосферы и почв, это и характер рельефа и состав горных пород, ветровой режим. Наиболее сильнодействующей является группа факторов, объединенная как климатические факторы. Они зависят от широты и положения континентов. Есть множество вторичных факторов. Широта наиболее сильно сказывается на температуре и световом периоде. Положение континентов есть причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим как одна из составных частей климатического фактора играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.

Глобальный климат – климат планеты, определяющий функционирование и биоразнообразие биосферы. Региональный климат – климат континентов и океанов, а также крупных их топографических подразделений. Местный климат – климат соподчиненных ландшафтно-региональных социально-географических структур: климат г. Владивостока, климат бассейна реки Партизанская. Микроклимат (под камнем, вне камня, роща, поляна).

Важнейшие климатические факторы: свет, температура, влажность.

Свет является важнейшим источником энергии на нашей планете. Если для животных свет по своему значению уступает температуре и влажности, то для фотосинтезирующих растений он является важнейшим.

Основным источником света является Солнце. Основные свойства лучистой энергии как экологического фактора определяются длиной волны. В пределах излучения различают видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, радиоволны, проникающую радиацию.

Для растений важны оранжево-красные, сине-фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Желто-зеленые лучи либо отражаются растениями, либо поглощаются в незначительных количествах. Отраженные лучи и придают растениям зеленую окраску. Ультрафиолетовые лучи оказывают на живые организмы химическое действие (изменяют скорость и направление биохимических реакций), а инфракрасные лучи – тепловое.

Многие растения обладают фототропической реакцией на свет. Тропизм – это направленное движение и ориентация растений, например, подсолнечник «следит» за солнцем.

Кроме качества световых лучей большое значение имеет и количество падающего на растение света. Интенсивность освещения зависит от географической широты местности, от сезона, времени суток, от облачности и местной запыленности атмосферы. Зависимость тепловой энергии от широты местности показывает, что свет является одним из климатических факторов.

Жизнь многих растений зависит от фотопериода. День сменяется ночью и растения прекращают синтезировать хлорофилл. Полярный день заменяется полярной ночью и растения и многие животные перестают активно функционировать и замирают (зимняя спячка).

По отношению к свету растения разделяются на три группы: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Светолюбивые могут нормально развиваться лишь при достаточном освещении, они не переносят или переносят плохо даже незначительное затемнение. Тенелюбивые встречаются только в затененных местах и никогда не встречаются в условиях сильной освещенности. Теневыносливые растения характеризуются широкой экологической амплитудой по отношению к световому фактору.

Температура относится к числу важнейших климатических факторов. От нее зависит уровень и интенсивность обмена веществ, фотосинтеза и других биохимических и физиологических процессов.

Жизнь на земле существует в широком диапазоне температур. Наиболее приемлемый для жизни диапазон температурот 0 0 до 50 0 С. Для большинства организмов – это летальные температуры. Исключения: многие северные животные, где наблюдается смена сезонов, способны переносить зимние минусовые температуры. Растения способны переносить минусовые зимние температуры, когда замирает их активная деятельность. Некоторые семена, споры и пыльца растений, нематоды, коловратки, цисты простейших выносили в экспериментальных условиях температуру – 190 0 С и даже – 273 0 С. Но все-таки большинство живых существ способно жить при температуре между 0 и 50 0 С. Это определяется свойствами белков и активностью ферментов. Одним из приспособлений переносить неблагоприятные температуры является анабиоз – приостановка жизненных процессов организма.

Наоборот, в жарких странах нормой жизни являются достаточно высокие температуры. Известен ряд микроорганизмов, способных жить в источниках с температурой выше 70 0 С. Споры некоторых бактерий способны выдерживать кратковременное нагревание и до 160–180 0 С.

Эвритермные и стенотермные организмы – организмы, чье функционирование связано с широкими и узкими температурными градиентами соответственно. Абиссальная среда (0˚) – самая постоянная среда.

Биогеографическая зональность (арктические, бореальные, субтропические и тропические зоны) во многом определяет состав биоценозов и экосистем. Аналогом климатического распределения по широтному фактору может служить горная поясность.

По соотношению температур тела животного и температур окружающей среды организмы подразделяются на:

– пойкилотермные организмы – холодноводные с непостоянной температурой. Температура тела приближается к температуре среды;

– гомойотермные – теплокровные организмы с относительно постоянной внутренней температурой. Эти организмы обладают большими преимуществами в использовании среды.

По отношению к температурному фактору виды разделяются на следующие экологические группы:

виды, предпочитающие холод, относятся к криофилам и криофитам .

виды с оптимумом деятельности в области высоких температур относятся к термофилам и термофитам .

Влажность . Все биохимические процессы в организмах протекают в водной среде. Вода необходима для поддержания структурной целостности клеток всего организма. Она принимает непосредственное участие в процессе образования первичных продуктов фотосинтеза.

Влажность определяется количеством атмосферных осадков. Распределение осадков зависит от географической широты, близости больших водных пространств, рельефа местности. Количество выпадающих осадков неравномерно распределяется в течение года. Кроме того, надо учитывать и характер выпадающих осадков. Летний моросящий дождь лучше увлажняет почву, чем ливень, несущий потоки воды, не успевающие впитаться в почву.

Растения, обитающие в различных по влагообеспеченности областях, по-разному приспосабливаются к недостатку или избытку влаги. Регуляция водного баланса в организме растений засушливых регионов осуществляется за счет развития мощной корневой системы и сосущей силы клеток корня, а также уменьшения испаряющей поверхности. Многие растения на сухой период сбрасывают листья и даже целые побеги (саксаул), иногда происходит частичная или даже полная редукция листьев. Своеобразным приспособлениемк сухому климату является ритм развития некоторых растений. Так, эфемеры, используя весеннюю влагу, успевают в очень короткий срок (15-20 дней) прорасти, развить листья, отцвести и сформировать плоды и семена, с наступлением засухи они отмирают. Противостоять засухе помогает и способность многих растений накапливать влагу в своих вегетативных органах – листьях, стеблях, корнях .

По отношению к влажности выделяют следующие экологические группы растений. Гидрофиты , или гидробионты , – растения, для которых вода является средой жизни.

Гигрофиты – растения, живущие в местах, где воздух насыщен водяными парами, а почва содержит много капельножидкой влаги – на заливных лугах, болотах, в сырых тенистых местах в лесах, на берегах рек и озер. Гигрофиты испаряют очень много влаги за счет устьиц, которые нередко располагаются на обеих сторонах листа. Корни малоразветвленные, листья большие.

Мезофиты – растения умеренно увлажненных местообитаний. К ним относятся луговые травы, все лиственные деревья, многие полевые культуры, овощные, плодово-ягодные. Они имеют хорошо развитую корневую систему, большие листья с устьицами на одной стороне.

Ксерофиты – растения, приспособившиеся к жизни в местах с засушливым климатом. Они распространеныв степях, пустынях и полупустынях. Ксерофиты делятся на две группы: суккуленты и склерофиты.

Суккуленты (от лат. succulentus – сочный, жирный, толстый) – это многолетние растения с сочными мясистыми стеблями или листьями, в которых запасается вода.

Склерофиты (от греч. skleros – твердый, сухой) – это типчак, ковыль, саксаул и другие растения. Листья и стебли их не содержат запаса воды, кажутся суховатыми, благодаря большому количеству механической ткани, листья их твердые и жесткие.

В распространении растений большое значение могут иметь и другие факторы, например характер и свойства почвы. Так, существуют растения, определяющим экологическим фактором для которых является содержание соли в почве. Это галофиты . Особую группу составляют любители известковых почв – кальцефилы . Такими же «почвоприуроченными» видами являются растения, обитающие на почвах, содержащих тяжелые металлы.

К экологическим факторам, влияющим на жизнь и распределение организмов, можно отнести также состав и движение воздуха, характер рельефа и многие, многие другие.

Основой внутривидового отбора является внутривидовая борьба. Именно поэтому, как считал Ч. Дарвин, молодых организмов рождается больше, чем достигает зрелого возраста. Вместе с тем преобладание числа рождающихся над числом доживающих до зрелости организмов компенсирует высокую смертность на ранних стадиях развития. Поэтому, как отмечал С.А. Северцов, величина плодовитости связана со стойкостью вида.

Таким образом, внутривидовые отношения направлены на размножение и расселение вида.

В мире животных и растений существует большое количество приспособлений, облегчающих контакты между особями или, наоборот, предотвращающими их столкновение. Такие взаимные адаптации в пределах вида были названы С.А. Северцовым конгруэнциями . Так, в результате взаимных приспособлений особи имеют характерную морфологию, экологию, поведение, которые обеспечивают встречу полов, успешное спаривание, размножение и воспитание потомства. Установлено пять групп конгруэнций:

– эмбрионы или личинки и родительские особи (сумчатые);

– особи разного пола (половые аппараты самцов и самок);

– особями одного и того же пола, в основном самцами (рога и зубы самцов, используемые в боях за самку);

– братьями и сестрами одного и того же поколения в связи со стадным образом жизни (пятна, облегчающие ориентировку при бегстве);

– полиморфными особями у колониальных насекомых (специализация особей к выполнению определенных функций).

Целостность вида выражается также в единстве размножающейся популяции, однородности ее химического состава и единстве воздействия на окружающую среду.

Каннибализм – этот тип внутривидовых отношений не редок в выводках хищных птиц и зверей. Самые слабые обычно уничтожаются более сильными, а иногда и родителями.

Саморазреживание растительных популяций. Внутривидовая конкуренция влияет на рост и распределение биомассы в пределах растительных популяций. По мере роста особи увеличиваются в размерах, возрастают их потребности и как следствие – возрастает конкуренция между ними, что приводит к гибели. Число выживших особей и скорость их роста зависят от плотности популяции. Постепенное уменьшение плотности растущих особей называется самоизреживанием.

Подобное явление наблюдается в лесных насаждениях.

Межвидовые отношения . Наиболее важными и часто встречающимися формами и типами межвидовых отношений можно назвать:

Конкуренция . Этот тип взаимоотношений определяет правило Гаузе . Согласно этому правилу два вида не могут одновременно занимать одну и ту же экологическую нишу и поэтому обязательно вытесняют друг друга. Например, ель вытесняет березу.

Аллелопатия – это химическое воздействие одних растений на другие посредством выделения летучих веществ. Носителями аллелопатического действия являются активные вещества – колины . Благодаря воздействию этих веществ может отравляться почва, изменяться характер многих физиологических процессов, вместе с тем посредством химических сигналов растения узнают друг друга.

Мутуализм – крайняя степень ассоциации между видами, при которой каждый извлекает выгоду из связи с другим. Например, растения и азотофиксирующие бактерии; шляпочные грибы и корни деревьев.

Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из партнеров (коменсал) использует другого (хозяина) для регуляции своих контактов с внешней средой, но не вступает с ним в тесные отношения. Коменсализм широко развит в экосистемах коралловых рифов – это квартиранство, защита (щупальца актиний защищает рыб), обитание в теле других организмов или на его поверхности (эпифиты).

Хищничество – это способ добывания пищи животными (реже растениями), при котором они ловят, умерщвляют и поедают других животных. Хищничество встречается практически у всех типов животных. В ходе эволюции у хищников хорошо развились нервная система и органы чувств, позволяющие обнаруживать и распознавать добычу, а также средства овладения, умерщвления, поедания и переваривания добычи (острые втягивающиеся когти у кошачьих, ядовитые железы многих паукообразных, стрекательные клетки актиний, ферменты, расщепляющие белки и другое). Эволюция хищников и жертв происходит сопряженно. В ходе ее хищники совершенствуют способы нападения, а жертвы – способы защиты.

Вспомните:

Что понимают под природной и социальной природой человека?

Ответ. Человек, как и все другие живые существа - часть природы и продукт природной, биологической эволюции. Человеку, как и животному, свойственны инстинкты, жизненные потребности. Существуют также и биологически запрограммированные схемы поведения человека как специфического биологического вида. Биологические факторы, определяющие существование и развитие определяются набором генов у человека, балансом вырабатываемых гормонов, обменом веществ и другими биологическими факторами. Все это характеризует человека как биологическое существо, определяет его биологическую природу. Но вместе с этим он отличается от любого животного и прежде всего следующими чертами:

Производит свою собственную окружающую среду (жилище, одежду, орудия труда), а животное не производит, только использует то, что есть в наличии;

Изменяет окружающий мир не только по мерке своей утилитарной потребности, но и по законам познания этого мира, равно как и по законам нравственности и красоты, животное же может изменять свой мир только по потребности своего вида;

Может действовать не только по потребности, но и сообразно свободе своей воли и фантазии, действие животного же ориентируется исключительно на удовлетворение физической потребности (голод, инстинкт продолжения рода, групповые, видовые инстинкты и т.п.);

Способен действовать универсально, животное же лишь применительно к конкретным обстоятельствам;

Свою жизнедеятельность делает предметом (осмысленно к ней относится, целенаправленно изменяет, планирует), животное же тождественно своей жизнедеятельности и не отличает ее от себя.

Какие факторы называют биотическими и абиотическими?

Ответ. Абиотические факторы – условия атмосферы, морских и пресных вод, почвы или донных отложений) и физические, или климатические (температура, давление, ветер, течения, радиационный режим и т. д.). Строение поверхности (рельеф), геологические и климатические различия земной поверхности создают огромное разнообразие абиотических факторов, играющих неодинаковую роль в жизни приспособившихся к ним видов животных, растений и микроорганизмов.

В чем проявляется разнообразие антропогенных факторов?

Ответ. Антропогенные факторы очень разнообразны. По природе антропогенные факторы подразделяют на:

Механические - давление колесами автомобилей, вырубка лесов, препятствия на пути движения организмов и тому подобное;

Физические - тепло, свет, электрическое поле, цвет, изменения влажности и т.п.;

Химические - действие различных химических элементов и их соединений;

Биологические - влияние интродуцированных организмов, разведение растений и животных, лесопосадки и тому подобное.

Ландшафтные - искусственные реки и озера, пляжи, леса, луга и др.

По времени происхождения и длительностью действия антропогенные факторы делятся на следующие группы:

Факторы, произведенные в прошлом: а) те, которые прекратили свое действие, но ее последствия ощущаются и сейчас (уничтожение определенных видов организмов, чрезмерный выпас скота и т.п.); б) те, что продолжают действовать и в наше время (искусственный рельеф, водохранилища, интродукция и т.п.);

Факторы, которые производятся в наше время: а) те, которые действуют только в момент производства (радиоволны, шум, свет); б) те, что действуют определенное время и после окончания производства (устойчивые химические загрязнения, вырубленный лес и др.).

Вопросы после § 9

Опишите закономерности действия экологических факторов на организм?

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. Существуют верхний и нижний пределы выносливости.

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).

Что такое оптимум, пределы выносливости?

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

Какой фактор называют ограничивающим?

Ответ. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется ограничивающий фактор. Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными. Ограничивающие факторы определяют географический ареал вида. Знание человеком ограничивающих факторов для того или иного вида организмов позволяет, изменяя условия среды обитания, либо подавлять, либо стимулировать его развитие.

Классификация экологических факторов

Экологические факторы окружающей среды. Абиотические факторы

1. Экологический фактор - это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

В общем случае фактор - это движущая сила какого-либо процесса или влияющее на организм условие. Окружающая среда характеризуется огромным разнообразием экологических факторов, в том числе и пока не известных. Каждый живой организм в течение всей своей жизни находится под воздействием множества экологических факторов, различающихся происхождением, качеством, количеством, временем воздействия, т.е. режимом. Таким образом, окружающая среда - это фактически набор воздействующих на организм экологических факторов.

Но если окружающая среда, как мы уже сказали, не имеет количественных характеристик, то каждый отдельный фактор (будь то влажность, температура, давление, белки пищи, количество хищников, химическое соединение в воздухе и т. п.) характеризуется мерой и числом, т. е. его можно измерить во времени и пространстве (в динамике), сравнить с каким-либо эталоном, подвергнуть моделированию, предсказанию (прогнозу) и в конечном счете изменить в заданном, направлении. Управлять можно только тем, что имеет меру и число.

Для инженера предприятия, экономиста, санитарного врача или следователя прокуратуры требование "охранять окружающую среду" не имеет смысла. А если задача или условие выражены в количественной форме, в виде каких-либо величин или неравенств (например: С i < ПДК i или M i < ПДВ i то они вполне понятны и в практическом, и в юридическом отношении. Задача предприятия - не "охранять природу", а с помощью инженерных или организационных приемов выполнить названное условие, т. е. именно таким путем управлять качеством окружающей среды, чтобы она не представляла угрозы здоровью людей. Обеспечение выполнения этих условий - задача контролирующих служб, а при невыполнении их предприятие несет ответственность.

Классификация экологических факторов

Любая классификация какого-либо множества это метод его познания или анализа. Предметы и явления можно классифицировать по различным признакам, исходя из поставленных задач. Из многих существующих классификаций экологических факторов для задач данного курса целесообразно использовать следующую (рис. 1).

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы - биотические , или биогенные . Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными , так и антропогенными , т. е. связанными с влиянием человека. Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым - преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окру­жающей среды.

Рис. 1. Классификация экологических факторов

Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения - ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе факторов неживой природы присутствуют физические (космические, климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты воздуха, воды, кислотность и иные химические свойства почвы, примеси промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробогенные (влияние микроорганизмов). В некоторых классификациях к биотическим факторам относят и все антропогенные факторы, включая физические и химические.

Наряду с рассмотренной, существуют и другие классификации экологических факторов. Выделяют факторы зависимые и независимые от численности и плотности организмов . Например, климатические факторы не зависят от численности животных, растений, а массовые заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами (эпидемии) у животных или растений, безусловно, связаны с их численностью: эпидемии возникают при тесном контакте между индивидуумами или при их общем ослаблении из-за нехватки корма, когда возможна быстрая передача болезнетворного начала от одной особи к другой, а также утрачена сопротивляемость к патогену.

Макроклимат от численности животных не зависит, а микроклимат может существенно изменяться в результате их жизнедеятельности. Если, например, насекомые при их высокой численности в лесу уничтожат большую часть хвои или листвы деревьев, то здесь изменится ветровой режим, освещенность, температура, качество и количество корма, что скажется на состоянии последующих поколений тех же или других, обитающих здесь животных. Массовые размножения насекомых привлекают насекомых-хищников и насекомоядных птиц. Урожаи плодов и семян влияют на изменение численности мышевидных грызунов, белки и ее хищников, а также многих птиц, питающихся семенами.

Можно делить все факторы на регулирующие (управляющие) и регулируемые (управляемые), что также легко понять в связи с приведенными выше примерами.

Оригинальную классификацию экологических факторов предложил А. С. Мончадский. Он исходил из представлений о том, что все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или, иначе говоря, с их периодичностью. В частности, он выделял:

1. первичные периодические факторы (те, которым свойственна правильная периодичность, связанная с вращением Земли: смена времен года, суточная и сезонная смена освещенности и температуры); эти факторы изначально присущи нашей планете и зарождающаяся жизнь должна была сразу к ним приспосабливаться;

2. вторичные периодические факторы (они являются производными от первичных); к ним относятся все физические и многие химические факторы, например влажность, температура, осадки, динамика численности растений и животных, содержание растворенных газов в воде и др.;

3. непериодические факторы, которым не свойственна правильная периодичность (цикличность); таковы, например, факторы, связанные с почвой, или разного рода стихийные явления.

Разумеется, "непериодично" лишь само тело почвы, подстилающие ее грунты, а динамика температуры, влажности и многих других свойств почвы также связана с первичными периодическими факторами.

Антропогенные факторы однозначно относятся к непериодическим. В числе таких факторов непериодического действия прежде всего - загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и сбросах. К природным периодическим и непериодическим факторам живые организмы в процессе эволюции способны вырабатывать адаптации (например, спячка, зимовка и т. п.), а к изменению содержания примесей в воде или воздухе растения и животные, как правило, не могут приобрести и наследственно закрепить соответствующие адаптации. Правда, некоторые беспозвоночные, например растениеядные клещи из класса паукообразных, имеющие в условиях закрытого грунта десятки поколений в году, способны при постоянном применении против них одних и тех же ядохимикатов образовывать устойчивые к яду расы путем отбора особей, наследующих такую устойчивость.

Необходимо подчеркнуть, что к понятию "фактор" следует подходить дифференцированно, учитывая, что факторы могут быть как прямого (непосредственного), так и опосредованного действия. Различия между ними состоят в том, что фактор прямого действия можно выразить количественно, в то время как факторы непрямого действия - нет. Например, климат или рельеф могут быть обозначены в основном словесно, но они определяют режимы факторов прямого действия - влажности, длины светового дня, температуры, физико-химических характеристик почвы и др.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.

Классификация экологических факторов (по происхождению)

• 1. Абиотические факторы - это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают :
• 1.1. Физические факторы - такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).
• 1.2. Химические факторы - такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).
• 1.3. Эдафические факторы (почвенные) - совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).
• 2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.
• 2.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.
• 2.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия +, - или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:
• 00 нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);

+0 комменсализм - один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);

-0 аменсализм - один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);

++ симбиоз - взаимовыгодные отношения:

• ? мутуализм - виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;
• ? протокооперация - совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;
• - - конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);

Хищничество - хищный вид питается своей жертвой;

• 2.3. Воздействие на неживую природу (микроклимат). Например, в лесу под влиянием растительного покрова создаётся особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создаётся свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда создаётся также в кроне деревьев, в норах, в пещерах и т. п.
• 3. Антропогенные факторы - факторы, порожденные деятельностью человека и воздействующие на окружающую природную среду: непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания (загрязнение окружающей среды, эрозия почв, уничтожение лесов, опустынивание, сокращение биологического разнообразия, изменение климата и др.). Выделяют следующие группы антропогенных факторов:
• 1. изменение структуры земной поверхности;
• 2. изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества;
• 3. изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов;
• 4. изменения, вносимые в биоту.

Существует и другая классификация экологических факторов. Большинство факторов качественно и количественно изменяется во времени. Например, климатические факторы (температура, освещённость и др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называютпериодическими . К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими .

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Например, наличие минеральных веществ, доступ кислорода, влажность почвы, температура почвы, рыхлость почвы. Индифферентные элементы среды, например инертные газы, экологическими факторами не являются.

режимов

По характеру воздействия

• Прямо действующие
• Косвенно действующие
• Условно действующие - влияние элементов экосистемы (биогеоценоза) усиленных или ослабленных действием других экологических факторов

По происхождению

• Абиотические - факторы неживой природы:
  • климатические
  • эдафические (эдафогенные)
  • орографические
  • химические
  • физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения ***** гидрографические : плотность воды, течение, прозрачность и т.д
    • пирогенные : факторы огня[источник не указан 824 дня ] (Одум, 1975, 1986)
• Биотические
  • фитогенные - влияние растений
  • микогенные - влияние грибов
  • зоогенные - влияние животных
  • микробиогенные - влияние микроорганизмов
• Антропогенный (антропический) фактор:
  • В 1912 г. российский ученый проф. Г.Ф.Морозов в своей книге "Учение о лесе" определил воздействие человека на природу в качестве отдельного экологического фактора и разделил его по характеру влияния на природную среду на прямое, косвенное и условное антропогенное воздействие [Морозов,1949].
  • Прямое антропогенное воздействие – непосредственное влияние человека на компоненты экосистемы (биогеоценоза). Это сбор ягод, грибов, вырубка деревьев и т.п.
  • Косвенное антропогенное воздействие – влияние человека через промежуточный уровень. Это изменение уровня грунтовых вод, изменение температурного режима, радиационное загрязнение и т.п.
  • Условное антропогенное воздействие – это воздействие биотических и абиотических факторов, усиленных или ослабленных воздействием человека.
  • В 1981 г. опубликовано определение "Антропогенный фактор [антропогенное воздействие ]- это всякое, связанное как с сознательной, так и с бессознательной жизнедеятельностью человека воздействие на окружающую [природную] среду, ведущее к количественным и качественным изменениям её компонентов [Попа,1981].
  • В 2011 г. опубликована разработанная на примере широколиственных лесов степной зоны шкала антропогенной дигрессии биогеоценозов (экосистем), включающая 12 стадий разрушения природной среды человеком, от состояния условно не нарушенных экосистем до стадии полной потери биогеоценозами жизненных функций [ Попа, 2011].

По расходованию

• Ресурсы
• Условия

По направленности

• Векторизованные
• Многолетние-циклические

• Монодоминантность
• Синергизм
• Антагонизм
• Провокационность

экстремальных значений

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельности.

пластичность

кривой жизнедеятельности точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума
  • точка оптимума
• Зоны :
  • зона оптимума
  • зоны пессимума
  • зона жизнедеятельности
  • зоны покоя
  • зона жизни

норма реакции

обилие или частота встречаемости

Библиография

• Sahney, S., Benton, M.J. and Ferry, P.A. (2010). «Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land» (PDF). Biology Letters 6 (4): 544–547. DOI:10.1098/rsbl.2009.1024. PMID 20106856.
• David L. Hawksworth. Biodiversity and Conservation in Europe. - Springer, 2008. - P. 3390. - ISBN 1402068646..
• Bampton, M. «Anthropogenic Transformation» in Encyclopedia of Environmental Science, D. E. Alexander and R. W. Fairbridge, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
• Worm, Boris (2006-11-03). «Impacts of Biodiversity Loss on Ocean Ecosystem Services». Science 314 (5800): 787–790. DOI:10.1126/science.1132294. PMID 17082450.
• Морозов Г.Ф. Учение о лесе. 7-е издание. М.: Гослесбумиздат, 1949. 455 с.
• Попа Ю.Н Антропогенная трансформация лесных биогеоценозов Кодр Молдавии. Автореф. дис. канд. биол. наук:03.00.16 - Экология. Красноярск, 1981. с.6.
• Попа Ю.Н. Восстановление биогеоценозов в антропогенно-трансформированных экотопах в степной зоне: монография. под ред. чл.-кор. НАН Украины, д-ра биол. наук, проф. А. П. Травлеева; Национальный авиационный университет. - Киев: Украинский бестселлер, 2011. - 437 с.

Экологические факторы

Приспособление организмов к среде

Основные среды жизни

Экологические факторы

Организм и среда

Лекция 6. Основы аутэкологии. Организм и среда

Аутэкология изучает взаимоотношения представителей одного вида с окружающей его средой. Опирается на исследование процессов адаптации видов к окружающей среде.(факторальная экология). Экология человека тоже изучает влияние (нормирование) факторов среды, ее экстремальных воздействий на организм.

Окружающий нас живой мир состоит из организмов, которые постоянно воспроизводят себя. Одна тля может за лето оставить более 300 млн. потомков. Заложена способность размножаться беспредельно. Но беспредельного роста численности нет, главный ограничитель- нехватка ресурсов. Для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света. Для животных – пищи, воды. запасы этих ресурсов сдерживают размножение. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющий рост и размножение. Рост растений зависит от погоды. Размножение водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде. Кроме того, происходит отсев и гибель уже произведенных зародышей илимолодых особей. Например, не все желуди прорастают. Высокой плодовитостью отличаются виды, у которых очень велика гибель особей в природе.

Организм, испытывая потребность в притоке вещества энергии и информации полностью зависит от среды

Закон – результаты развития организма определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей – адаптация. Принцип Ле-Шателье: «Эволюция любой системы идёт в направлении снижения потенциальной опасности». Согласно этому принципу, эволюция организма способствует его адаптации к изменяющимся внешним воздействиям.

Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.

Экологические факторы: 1- абиотические. 2 –биотические. 3- антропогенные.

Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений

Абиотические факторы

физические химические эдафические (почвенные)

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания

Биотические факторы

внутривидовые межвидовые влияние на

взаимодействия взаимодействия абиотические факторы

(содружество)

Комменсализм

(один извлекает пользу)

Аменсализм

(один вид угнетает рост другого)

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.)

Общий характер действия экологических факторов.

В жизненном процессе взаимодействие организмов со средой обитания и её составляющих между собой основано на передаче между элементами системы потоков масс вещества и их соединений, энергий всех видов и информации. В соответствии с законом сохранения жизни Ю. Н. Куражковского: «Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потоков вещества, энергии и информации».

Взаимодействие организма со средой обитания подчинено следующим законам. Главный закон оптимума (толерантности ). Закон Либиха Выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный.. Например, животные плохо перенося жару и сильные морозы; Засуха и проливные дожди неблагоприятны для урожая. Кривые оптимума какого-либо фактора для разных видов не совпадут. Верблюды и тушканчики не выносят условий северных пустынь, а северные олени и лемминги жарких южных. Ряд видов может жить в узких рамках оптимума, а другие – в широких. Растение недотрога гибнет, если в воздухе нет влаги, с ковыль не погибает даже в засуху. Оптимум и границы выносливости не являются постоянными в течение жизни организма. Оптимум можно сдвинуть (температурная закалка).

В соответствии с правилом оптимума для организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки. Для одних организмов зона оптимума имеет широкий диапазон. Они называются – эврибионты (греч. широкий, жизнь). Организмы с узким диапазоном – стенобионты (узкий).

Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью . Синонимом валентности толерантность.(лат толеранция – терпение), или пластичность (изменчивость) если среда относительно постоянная, малоизменчивая, то в ней больше стенобионтов (например в водной среде). Если среда динамична, например, водно-воздушная – в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты. Зона оптимума и экологическая валентность шире у теплокровных животных.

Действие температурного фактора. Если диапазон толерантности лежит в широких пределах (-5; +25), то такие организмы называются –эвритермными, если узкий – стенотермными. Могут быть эвригалинными (соленость)

Рис. 1. Зависимость жизненного потенциала от интенсивности фактора воздействия

1. – зона оптимума (комфорта);

2. – зона допустимой жизнедеятельности;

3. – зона угнетения;

4. – зона гибели.

Толерантность – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума – жизненного потенциала) – область оптимальной жизнедеятельности.

Зоны допустимой жизнедеятельности – значения допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности.

Зоны угнетения – зоны с большими отклонениями фактора от оптимума, при которых организм испытывает угнетение жизнедеятельности.

Зона гибели – пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых, существование организма не возможно.

Надо учитывать, что одни факторы могут усиливать или смягчать действие других. Избыток тепла может смягчиться пониженной влажностью воздуха.. Закон независимости факторов В. Р. Вильямса: «Условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим»

2-й закон – лимитирующего фактора. Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных значений. Фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организм. Лимитирующие факторы определяют границы распространения видов – ареал. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Правило ограничивающего фактора в агрономии. Если в почве минеральных солей не хватает фосфора 50%, кальция 20%, урожай будет в 5 раз меньше. Если внести кальций – урожай 59%.

Человек своей деятельностью часто нарушает все закономерности действия факторов- разрушение местообитания, нарушение режима водного и минерального питания.

Закон оптимума и лимитирующего фактора можно выразить одним закономЗакон толерантности В. Шелфорда: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору»

Экологические факторы это:

Экологические факторы

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов - последовательности изменений за определённое время.

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
• :
  • 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, CO 2 , O 2 , свет)
• Условия - не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

• Векторизованные - направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы
• Многолетние-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)

Действие экологических факторов на организм

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

• Монодоминантность - один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.
• Синергизм - взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.
• Антагонизм - взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.
• Провокационность - сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Влияние факторов также зависит от природы и текущего состояния организма, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие как на разные виды, так и на один организм на разных этапах онтогенеза: низкая влажность губительна для гидрофитов, но безвредна для ксерофитов; низкие температуры без вреда переносятся взрослыми хвойными умеренного пояса, но опасны для молодых растений.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомков: непродолжительные воздействия могут и не иметь никаких последствий, тогда как продолжительные через механизм естественного отбора ведут к качественным изменениям.

Реакция организма на изменение экологических факторов

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельности.
Примечание: 1 - точка оптимума, 2 - точки минимума и максимума, 3 - летальные точки

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность - способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии - быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума - крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма
  • точка оптимума - наиболее благоприятное значение фактора
• Зоны :
  • зона оптимума - ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора
  • зоны пессимума (верхнего и нижнего) - диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение
  • зона жизнедеятельности - диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции
  • зоны покоя (верхнего и нижнего) - крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя
  • зона жизни - диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений - норма реакции , которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видовую. Однако, так как вид представляет собой сложную надорганизменную систему, состоящую из множества популяций, расселённых по различным местообитаниям с неодинаковыми условиями среды, при оценке его экологии пользуются обобщёнными данными не по отдельным особям, а по целым популяциям. На градиенте фактора откладываются обобщённые классы его значений, представляющие определённые типы местообитаний, а в качестве экологических реакций чаще всего рассматриваются обилие или частота встречаемости вида. При этом следует говорить уже не о кривой жизнедеятельности, а о кривой распределения обилий или частот.

Раздел 1.Теоретические аспекти экологии

Тема 1.1. Аутоэкология (факториальная экология)

Аутоэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой. Этот раздел посвяшен изучению видовых особенностей реагирования животных и растительных организмов на факторы среды и образа жизни вида.

В рамках данной темы мы с вами сегодня и рассмотрим следующие вопросы

Основные среды существования организмов

Закономерности влияния экологических факторов на живые организмы

Экологические факторы и их классификация

Понятие «среда обитания» отличается от понятия «условия существования» - совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). Другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

2 . Любой организм может существовать лишь в определенном температурном интервале. Когда температура среды слишком низка или слишком высока, организм погибает. Там, где температура близка к крайним значениям, представители данного вида встречаются редко, но по мере того как температура приближается к среднему значению, оптимальному для них, их число увеличивается. Эта закономерность справедлива для любого другого фактора , влияющего на течение тех или иных жизненных процессов (влажность, сила ветра, скорость течения и т. д.).

Если нарисовать на графике кривую, характеризующую скорость того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола (рис. 1). Подобные кривые, называют кривыми толерантности (от лат. tolerahtia - терпение). Положение их вершины указывает на условия, оптимальные для данного процесса. Для некоторых видов характерны кривые с очень острыми пиками; это означает, что диапазон оптимальных для них условий очень узок. Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, т. е. устойчивости к данному фактору.

Организмы с широкими границами устойчивости ко многим факторам, конечно, имеют шансы на более широкое распространение.

У широко распространенных видов популяции , обитающие в климатически разных зонах, часто оказываются наилучшим образом приспособленными именно к условиям данной местности. Это связано с их способностью образовывать локальные формы, или экотипы, характеризующиеся различными границами стойкости к температуре, свету или другим факторам.

В качестве примера рассмотрим экотипы одного из видов медуз. Как вы знаете, медузы передвигаются в воде подобно ракете - при помощи ритмических сокращений мышц , выталкивающих воду из центральной полости. Оптимальная скорость пульсации - 15-20 сокращений в минуту. Особи одного из видов медуз, обитающего в северных широтах, передвигаются с такой же скоростью, как и медузы того же вида в южных широтах, хотя температура воды на севере может быть на 20 С ниже. Это означает, что и та и другая формы медуз смогли наилучшим образом приспособиться к местным условиям.

Закон минимума .

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум и большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать тому из них, который имеется в минимальном с точки зрения потребностей организма количестве. Это простое правило впервые было сформулировано основоположником науки о минеральных удобрениях немецким химиком и агрохимиком Юстусом Либихом (1803-1873) и получило название закона минимума . Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться одним - любым - из основных элементов питания, если только этого элемента не хватает в почве.

Разные факторы среды могут взаимодействовать, т. е. нехватка одного вещества может приводить к дефициту в других веществах. Например, недостаток влаги в почве ограничивает поступление в растения всех остальных веществ, необходимых для их питания. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом : успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для. организмов данного вида.

Экологические факторы. Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.

По происхождению и характеру действия экологические факторы классифицируются:абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы); биотические (формы воздействия живых существ друг на друга); антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делятся: на физические , или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы,ветер); эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства); топографические, или орографические (особенности рельефа местности); химические

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы,

/ экология 1лекция

Лекция 1

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Предмет, задачи и методы экологии

Среда обитания и условия существования организмов

Экологические факторы

Закономерности действия экологических факторов на организм

Взаимодействие экологических факторов

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы

Биотическая среда.

Трофическая (пищевая) цепь

Формы биотических отношений.

Круговороты энергии в экосистемах

Предмет, задачи и методы экологии .Экология (греч, oikos - жилище, местопребывание, logos - наука) - биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и ареалами их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г . немецким зоологом Эрнстом Геккелем .

Ареал (лат. area - площадь, пространство) - часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (роды, семейства или определенного типа сообщества).

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Популяция - (лат. populus - народ, население). группировка особей одного вида, в течение длительного времени населяющие определенную часть ареала, свободно скрещивающиеся и относительно обособленные от других, совокупностей того же вида, называются популяцией

Вид - группа организмов, которые обладают общими признаками в строении тела, физиологии и способах взаимоотношения со средой, способных скрещиваться между собой с образованием плодовитого потомства, но не способных это делать с организмами других видов.

Биоценоз - совокупность организмов, населяющих экосистему, взаимосвязанных между собой обменом веществ, энергии и информации.

Биогеоценоз - экосистема

Биосфера ,согласно определения В.И.Вернадского, это среда нашей жизни, это та "природа" которая нас окружает.

Биосферная компонента города включает в себя, помимо человека, все виды зеленых насаждений, городские популяции животных. (голуби, воробьи, вороны, галки, водоплавающие птицы, зимующие на проталинах водных объектов, крысы и мыши, "одомашненные" насекомые, такие как мухи комары, блохи и тараканы, клопы, наконец, микробное и вирусное население многоэтажных зданий и городских квартир).

Главная теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Важнейшая проблема современности взаимодействие человеческого общества и природы, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим. Исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой , в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие .

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия всех специалистов в биологии. В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения , морально-этические, философские и даже правовые вопросы . Следовательно, экология становится наукой не только биологической , но и социальной.

Методы экологии подразделяются: на

полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и

экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе).

При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами , используют моделирование биологических явлений , т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования . Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях.

При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

Среда обитания и условия существования организмов . Часть природы (совокупность конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост, развитие, размножение, выживаемость называется средой обитания .

От понятия «среда обитания » следует отличать понятие «условия существования » - это совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

Экологические факторы - это элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации).

По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делят на физические , или климатические (свет, температура воздуха и волы, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические , или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь . Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений , а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному . Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители , обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

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. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Наилучшим показателям жизнедеятельности организма - это точка оптимума . Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума .

Крайние состояния угнетения организмов при резком недостатке илиизбытке фактора , называют областями пессимума или стресса . Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора , а за пределами зоны выживания - летальные.

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 (рис. 1)

7 6 2 1 3 5 8

1- точка оптимума;2-3 - зона оптимума; 3-5 - 2-6 - пределы выносливости (толерантности); 5,8 - 6,7 - крайние состояния угнетения организмов - области пессимума или стресса.

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.

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 фактору 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. Эврибионтные организмы являются экологически 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 . 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.

Однако, 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).

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 культури продуктивности домашних животных.

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы . Характеристика света как экологического фактора . Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.

Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм.

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 нм, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят.

Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра . На долю УФЛ, имеющих длину волны 290-380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека - витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие.

В экологическом отношении наибольшую важность представляет видимая область спектра (390-710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активности ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Световые условия на нашей планете чрезвычайно велики: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах.

Реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов траста и развития, называется фотопериодизмом . Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволяла организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

Фотопериодическая реакция свойственна как растениям, так и животным .

Сезонная ритмика у животных наиболее ярко проявляется в смене оперения у птиц и шерсти у млекопитающих, периодичности размножения и миграции, зимних спячках некоторых животных и т. д.

Биологические ритмы характерны и для человека . Суточные ритмы выражаются в чередовании сна и бодрствования, колебаниях температуры тела в пределах 0,7-0,8° С (на рассвете она понижается, к полудню повышается, вечером достигает максимума, а затем снова понижается, особенна быстро после того, как человек заснет), циклах деятельности сердца и почек и т. д.

Живые организмы способны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами. Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.

Температурные пределы жизни . Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы жизнедеятельности возможны лишь на определенном тепловом фоне, определяемом количеством тепла и продолжительностью его действия. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, как следствие, скорость и характер протекания всех химических реакций, составляющих обмен веществ.

Границами существования жизни являются температурные условия, при которых не происходит денатурации белков, необратимого изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов, дыхания. Для большинства организмов этот диапазон температур составляет от 0 до +500. Однако ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.

Виды, оптимальные условия жизнедеятельности которых приурочены к области высоких значений температур, относят к экологической группе термофилов (бактерии, населяющие термальные источники Камчатки с температурой воды 85-93°С, несколько видов зеленых водорослей, накипные лишайники, семена пустынных растений, находящиеся в верхнем раскаленном слое почвы. Температурный предел представителей животного мира обычно не превышает +55-58° С (раковинные амебы, нематоды, клещи, некоторые ракообразные, личинки многих двукрылых).

Растения и животные, сохраняющие активность при температуре от 0 до -8°С. относятся к экологической группе криофилов (греч. Kryos -холод, лед). Криофилия характерна для многих бактерии, грибов, лишайников, членистоногих и других существ, обитающих в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных полярных водах и т. п.

Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела - от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермными). Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых.

Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермними (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах .

Частный случай гомойотермии - гетеротермия - свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела , а в случае низкой активности организма - пониженную , что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей.

Экологическая роль волы. Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций.

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков , но и соотношение их величины и испаряемости . Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В гумидных (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. Различают три основных группы растений:

Гигрофиты - растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Наиболее типичные гигрофиты-травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах. которые культурные растения.

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

К группе ксерофитов относятся суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.)..

Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Адаптации животных к водному режиму . Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы:

1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны);