Главная | Обратная связь

Лекция № 2- Организм и среда

Цель лекции: объяснить уровни организации живых организмов, дать понятие о средах жизни и среде обитания. Ознакомить различными адаптационными возможностями организмов к среде обитания.

План лекции:

1. Уровни организации живых организмов.

2. Потенциальные возможности размножения организмов.

3. Основные среды жизни. Понятие о среде обитания.

4. Пути приспособления организмов к среде.

Основные понятия по теме: уровни организации: тканевый, молекулярный, клеточный, организменный, популяция, биоценоз, биосфера, нектон, планктон, бентос, геофильтратор, геофилы, геоксены, микробиота, мезобиота, макробиота.

 

В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической.

Выделяют главные уровни организации жизни - ген, клетка, орган, организм, популяция, биоценоз, экосистема, биосфера.

Молекулярный -самый низкий уровень, в котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов; клеточный – уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организации подразделяются на одноклеточные и многоклеточные; тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань; органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействует и образуют определенный орган; организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма; популяционной – видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местам обитания; биоценоз и экосистема – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы; биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе связанные с жизнедеятельностью организмов (см. рис ).

Из всех вышеуказанных уровней организации жизни объектом исследования экологии является только лишь надорганизменные компоненты данной структуры, начиная с организмов включая биосферу.

Окружающий нас мир состоит из организмов. Любой организм смертен и рано или поздно погибает, а жизнь на Земле продолжается и процветает уже около 4 млрд. лет.

 

 

Рис. Уровни организации живых организмов

 

Живые организмы постоянно воспроизводят себя в веренице поколений, что не свойственно телам неживой природы. Именно способность к размножению позволяет видам существовать в природе очень долго, несмотря на то, что каждая особь живет ограниченное время. Способность к самовоспроизведению – главное свойство жизни. Даже самый медленно размножающийся вид способен в короткое время произвести столько особей, что для них не хватит места на земном шаре. Например, всего за пять поколений, т.е. за один – полтора летних месяца, одна единственная тля может оставить более 300 млн. потомков. Если дать видам размножаться свободно, без ограничений, численность любого из них росла бы в геометрической прогрессии, несмотря на то, что одни производят за всю жизнь всего несколько яиц или детенышей, а другие – тысячи и даже миллионы зародышей, которые могут вырасти во взрослые организмы. Фактически во всех живых организмах заложена способность размножаться беспредельно. Однако не один вид не в состоянии реализовать до конца ту безграничную способность к размножению, которой он обладает. Главный ограничитель к беспредельному размножению организмов – нехватка ресурсов, самых необходимых: для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света; для животных – пищи, воды; для микроорганизмов – разнообразных потребляемых ими соединений. Запасы этих ресурсов не бесконечны, и этим сдерживается размножение видов. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющих рост и размножение организмов. Например, рост и вызревание растений сильно зависят от погоды, в частности от изменения температуры и т.д. В природе происходит также огромный отсев, гибель уже произведенных на свет зародышей или подрастающих молодых особей. Например, тысячи желудей, которые ежегодно производит один большой дуб, оказывается съеденными белками, кабанами и т.п., или поражаются грибками и бактериями, или гибнут на стадии проростков по разным причинам. В результате лишь из считанных желудей вырастают взрослые деревья. Подмечена одна важная закономерность: высокой плодовитостью отличаются именно те виды, у которых очень велика гибель особей в природе. Таким образом, высокая плодовитость не всегда приводит к высокой численности вида. Выживание, рост и размножение, численность организмов является результатом их сложных взаимодействий со средой обитания.

Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности. К окружающей среде относится вся природная среда (возникшая на Земле вне зависимости от человека) и техногенная среда (созданная человеком). Понятие окружающая среда было введено биологом Я. Юкскюлем, который считал, что живые существа и среды их обитания взаимосвязаны между собой и образуют вместе единую систему - окружающую нас действительность. В процессе приспособления к окружающей среде организм, взаимодействуя с ней, отдает и принимает различные вещества, энергию, информацию. Окружающая среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние и функционирование. Среда, обеспечивающая возможность жизни организмов на Земле, очень разнообразна.

На нашей планете можно выделить четыре качественно отличные среды жизни: водную, наземно–воздушную, почвенную и живые организмы. Сами среды жизни также очень разнообразны. Например, вода как среда жизни может быть морской или пресной, текучей или стоячей. В этом случае говорят о среде обитания. Например, озеро является средой обитания в водной среде. Организмы обитающие в водной среде – гидробионты по месту обитания подразделяются: на нектон, планктон и бентос. Нектон – это совокупность плавающих, свободно перемещающихся организмов. Они способны преодолевать большие расстояния и сильные течения (киты, рыбы, и др). Планктон –это совокупность плавающих организмов, которые перемещаются главным образом с помощью течений, не способны к быстрым перемещениям (водоросли, простейшие, ракообразные). Бентос –совокупность организмов, обитающих на дне водоемов медленно передвигающиеся или прикрепленные (водоросли, актиния и т.д.) В свою очередь, в средах обитания различают местообитания. Так, в водной среде жизни, в среде обитания –озере, можно выделить местообитания: в толще воды, на дне, у поверхности и т.д. В водной среде обитают около 150 000 видов. Основные абиотические факторы водной среды: температура воды, плотность и вязкость воды, прозрачность воды, соленость воды, световой режим, кислород, кислотность воды. Водные организмы обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как вода –более стабильная среда, и факторы ее претерпевают сравнительно незначительные колебания. Одной из особенностей водной среды является наличие в ней большого количества мелких частиц органического вещества – детрита, образующегося за счет отмирающихся растений и животных. Детрит для многих водных организмов представляет собой высококачественную пищу, поэтому некоторые из них, так называемые биофильтраторы, приспособлены добывать его с помощью специальных микропористых структур, процеживая воду и задерживая взвешенные в ней частицы. Такой способ питания называется фильтрацией: к биофильтраторам относятся двустворчатые моллюски, сидячие иглокожие, асцидии, планктонные ракообразные и другие. Животные – биофильтраторы играют большую роль в биологической очистке водоемов.

Организмы обитающие на поверхности Земли, окружены газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью и давлением, а также высоким содержанием кислорода. Действующие в наземно-воздушной среде экологические факторы отличаются рядом специфических особенностей: по сравнению с другими средами свет здесь действует интенсивнее, температура претерпевает более сильные колебания, влажность значительно изменяется в зависимости от географического положения, сезона и времени суток. Воздействие почти всех перечисленных факторов тесно связано с движением воздушных масс – ветрами. У организмов – обитателей наземно-воздушной среды в процессе эволюции выработались специфические анатома – морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. У них появились органы, обеспечивающие непосредственное усвоение атмосферного воздуха; сильное развитие получили скелетные образования, поддерживающие тело в условиях незначительной плотности среды; вырабатывались сложных приспособления для защиты от неблагоприятных факторов; установилась более тесная связь с почвой; выработалась большая подвижность животных в поисках пищи; появились летающие животные и переносимые воздушными течениями плоды, семена, пыльца растений. Для наземно-воздушной среды характерна четко выраженная зональность; различают широтные и меридиональные, или долготные природные зоны. Первые тянутся с западе на восток, вторые с севера на юг.

Почва как среда жизни обладает своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Почвенные организмы по степени связи со средой обитания разделяются на три основные группы:

- геобионты – постоянные обитатели почвы, весь цикл их развития протекает в почве (дождевые черви);

- геофилы – животные, часть цикла развития которых проходит в почве. К ним относятся большинство насекомых: саранчовые, комары, долгоножки, жуки и т.д.;

- геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, грызуны, млекопитающие, живущие в норах).

По размерам и степени подвижности почвенные обитатели делятся на группы:

- микробиота – почвенные микроорганизмы, составляющие основное звено детритной пищевой цепи (зеленые и сине-зеленые водоросли, бактерии, грибы, простейшие);

- мезобиота – сравнительно мелкие подвижные животные насекомые, дождевые черви и другие животные вплоть до роющих позвоночных;

- макробиота – крупные относительно подвижные насекомые, дождевые черви и другие животные (роющие позвоночные).

Верхние слои почвы содержат массу корней растений. В процессе роста, отмирания и разложения они разрыхляют почву, создавая определенную структуру, а вместе с тем и условия для жизни других организмов. Количество организмов в почве огромно, однако в связи со сглаженностью экологических условий все они отличаются «выравненностью группового состава», кроме того, для них характерна повторяемость в различных климатических зонах.

Для животных и растений, ведущих паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются (хозяин), является специфической средой обитания, т.е. организм хозяина для паразита является средой обитания. Многие паразиты почти полностью утратили связь с внешним миром – все стадии их развития проходят в организме хозяев. Между паразитами и хозяевами в процессе эволюции возникли сложные взаимоотношения. Выделяют три пути возникновения паразитизма: «квартирантство» – когда более мелкий организм поселяется в жилище более крупного или с близи него и со временем переходит на тело хозяина, а затем и внутрь, переключаясь на питание за счет его пищи или соков и тем самым причиняя ему вред. Так квартирант превращается в паразита; «хищничество» – если хищник нападает на крупную добычу, которую не может уничтожить и съесть сразу, он прикрепляется к ней и постоянно питается тканями или соками ее тела. При определенных условиях такой хищник проникает внутрь тела хозяина и превращается в паразита. Случайное проникновение – крупные животные могут заглатывать с пищей мелкие организмы: некоторые из них не погибают, а приспосабливаясь к новым условиям, превращаются в паразитов. Все паразиты делятся на две группы: эктопаразиты – наружные паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина (клещи, пиявки, блохи) и эндопаразиты – внутренние паразиты, живущие внутри тела хозяина (большинство гельминтов, вирусов, бактерий, паразитические простейшие). У животных и у растений, ведущих паразитический образ жизни, выработались многочисленные приспособления к паразитированию в виде анатомо – морфологических и физиологических особенностей. При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. Такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом – (ана- нет, биос - жизнь). Глубокий анабиоз – это полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась нарушением внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способны. Однако замедление жизнедеятельности в неблагоприятных условиях – явление широко распространенное. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют скрытой жизнью. К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких обитателей – в пересыхающих водоемах. Скрытая жизнь – очень важное экологическое приспособление. Это способ переживать неблагоприятные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни. Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое существование.

Другой, прямо противоположенный способ выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды, несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Например, птицы и млекопитающие – поддерживают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела. Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях. Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания – избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве.

Все три способа выживания могут сочетаться у представителей одного и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную температуру тела, но многие из них способны регулировать водный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия.

Таким образом главные способы выживания организмов при ухудшении условий – либо временный переход в неактивное состояние, либо сохранение активности при дополнительных затратах энергии, либо избегание неблагоприятного фактора и перемена мест обитания. Каждый вид осуществляет эти способы по-своему.

 

Выводы:

Таким образом, выделяют основные уровни организации живых систем от молекулярного до биосферного, где каждый уровень характеризуется определенной совокупностью свойств и экология изучает начиная с организменного уровня. Живым организмам присуще свойство – способность к самовоспроизведению, а также приспособляемость к условиям окружающей среды. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы.

Контрольные вопросы

1. Какие уровни биологической организации являются объектами изучения экологии?

2. Что такое среда обитания, и какие среды заселены организмами?

3. Почему следует говорить о зависимости живых существ не только от окружающей среды, но и об их влиянии на нее?

4. Что способствует выживанию вида?

5. Перечислите основные среды обитания?

6. Почему некоторые организмы впадают в состояние анабиоза? В чем экологический смысл этого процесса?

Методические рекомендации к лекции

Для усвоения материала лекции необходимо хорошо представить схему уровней биологической организации, которая отражает иерархию природных систем, где свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Обязательно нужно учесть, что экология изучает уровни организации начиная от организмов до биосферы, где организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой. Для правильного понимания взаимодействий организма со средой преподаватель заостряет внимание студентов на следующие моменты: организм обладает способностью к самовоспроизведению, причем численность видов в природе достигает определенных пределов; живым организмам присущи движение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования – адаптация. В процессе изучения понятия адаптации студенты должны усвоить, что организмы взаимодействуя с окружающей средой обитания приобретают выгодные признаки, обеспечивающие ему наиболее оптимальные условия для жизни, и уметь подкрепить это положение примерами: на лугу много злаков и бобовых, их корневые системы располагаются на разных уровнях; в лесу растут теневыносливые травянистые растения и т.д.

 

Лекция № 3 -Экологические факторы

 

Цель лекции: дать понятие об экологических факторах, их разнообразии, классификации, об основных законах экологии и разъяснить значимость этих законов для правильного понимания взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

План лекции:

1. Понятие о факторах среды

2. Классификация экологических факторов.

3. Законы экологии.

4. Влияние абиотических факторов на живые организмы

Основные понятия:экологический фактор, абиотический фактор, биотический фактор, антропогенный фактор, гелиофиты, эврибионтность, стенобионтность, экологические законы оптимума, Либиха, толерантности, Коммонера, пессимум, критические точки, лимитирующий фактор, экстремальное условие.

 

Любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, называют экологическим фактором. Фактор (от лат. factor — делающий, производящий) — движущая сила, причина какого-либо процесса, явления. Под экологическими факторами понимается условия среды, на которые организмы реагирует приспособительными реакциями, или адаптациями, так же важным свойствам экологического фактора является его нерасчленяемость на более простые элементы среды. За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов. Действие экологического фактора может быть не прямым, а посредственным, т.е. в этом случае он воздействует через многочисленные причинно-следственные связи. Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Экологические факторы многообразны, при этом каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды и его ресурса. Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros – широкий), маловыносливые – стенобионтными (stenos –узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Так, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы; к концентрации солей – эври- и стенгалинные; к свету - эври- и стенофотные; к видам пищи –эври- и стенофагные. Эврибионтность обычно способствует широкому распространению видов. Как известно, многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы.

Экологические факторы среды подразделяются на три группы: абиотические или абиогенные - факторы косной (неживой) природы; биотические или биогенные .- факторы живой природы; антропогенные – факторы,порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду. Факторы неживой природы или абиотические факторы- это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм. К ним относятся климатические, атмосферные, почвенные (эдафические), геоморфологические (орографические), гидрологические и др. Факторы живой природы или биотические - это влияние одних организмов или их сообществ на другие. Эти влияния могут быть со стороны растений (фитогенные), животных (зоогенные), микроорганизмов, грибов и т.п. Антропогенные факторы – это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду. В их числе различают прямое влияние на организмы (например, промысел) и косвенные - влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т.п).

Экологические факторы динамичны, изменчивы во времени и пространстве. Теплое время года регулярно сменяется холодным, в течение суток наблюдается колебание температуры и влажности, день сменяет ночь и т. п. Все это природные (естественные) изменения экологических факторов, однако в них может вмешиваться человек. Антропогенное влияние на природную среду проявляется в изменении либо режимов экологических факторов (абсолютных значений или динамики), либо состава факторов (например, разработка, производство и применение не существовавших ранее в природе средств защиты растений, минеральных удобрений и др.). В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальным (общими) по отношению к организмам, к таким закономерностям относятся закон оптимума, закон взаимодействия факторов, закон лимитирующих факторов и некоторые другие.

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения –зоны пессимума –это условия при которых жизнедеятельность организма максимального угнетается, но он еще может существовать, как показано на рис. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменениям фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы, для выживания. Такие условия называют экстремальными.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальное количество видов и плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковые. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относится к группе эврибионтов (греч. эури- широки). Организмы с узким диапазоном адаптации к фактором называются стенобионтами (греч. стенос-узкий). Например, растение недотрога вянет6 если воздух не насыщен водяными парами, в ковыль хорошо переносит изменения влажности и н не погибает даже в засуху; чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, давление достигает более 1000 атмосфер, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах в 6 км – 140, а в поверхностных слоях океанов многие тысячи видов.

Закон минимума Либиха. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-нибудь другие факторы, а их определенный режим. Реакция организма зависит от количества (дозы) фактора. Кроме того, живой организм в природных условиях подвергается воздействию многих экологических факторов (как абиотических, так и биотических) одновременно. Растения нуждаются в значительных количествах влаги и питательных веществ (азот, фосфор, калий) и одновременно в относительно «ничтожных» количествах таких элементов, как бор и молибден. Любой вид животного или растения обладает четкой избирательностью к составу пищи: каждому растению необходимы определенные минеральные элементы. Любой вид животного по-своему требователен к качеству пищи. Для того чтобы нормально существовать, развиваться, организм должен иметь весь набор необходимых факторов в оптимальных режимах и достаточных количествах. Тот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро-, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату — замедлению роста, обнаружен и изучен одним из основополож­ников агрохимии немецким химиком Юстасом фон Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в ко­тором удовлетворена меньше всего. Закон минимума Либиха в настоящее время называется законом ограничивающего лимитирующего фактора: в комплексе экологических факторов сильнее действует тот, который наиболее близок и пределу выносливости.

Закон минимума справедлив как для растений, так и для животных, включая человека, которому в определенных ситуациях приходится употреблять минеральную воду или витамины для компенсации недостатка каких-либо элементов в организме.

Закон лимитирующих факторов Шелфорда. Фактор среды ощущается организмом не только при его недостатке. Проблемы возникают также и при избытке любого из экологических факторов. Например, жизненная активность организма заметно угнетается и при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура.

Фактор среды наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем его значении, оптимальном для данного организма. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора, при котором организм может сохранять жизнеспособность, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма к соответствующему фактору (от лат. tо1еrапtа — терпение). Таким образом, толерантность - это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору. Другими словами лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величну толерантности, выносливости организма к данному фактору. Поэтому экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором. Например, виды, длительное время развивается в относительно стабильных условиях утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобиотности, в то время как виды существующие при значительных колебаних, факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов: закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума:

- организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

- организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

- диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

Законы Б.Коммонера. Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Первый закон «все связано со всем» отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон «все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат – большие количества веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть.

Третий закон «природа знает лучше» исходит из того, что «структура организма нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы – наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био-и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон «ничто не дается даром», по мнению Б.Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен.

В абиотической части среды обитания (в неживой природе) все факторы прежде всего можно разделить на физические и химические. Однако для понимания сути рассматриваемых явлений и процессов абиотические факторы удобно представить совокупностью климатических, топографических, космических факторов, а также характеристик состава среды (водной, наземной или почвенной) и др.

Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. В свое время французский астроном Камиль Фламмарион писал: «Мы об этом не думаем, но все, что ходит, двигается, живет на нашей планете, есть дитя Солнца».Только на свету осуществляется важнейший в биосфере процесс – фотосинтез. Свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности и температуры среды, является важным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биологические циклы. Каждые местообитание характеризуется определенным световым режимом, определяемым интенсивностью (силой), количеством и качеством света. Интенсивность света измеряется энергией, приходящейся на единицу площади в единицу времени; количество света определяется суммарной радиацией.

По отношению к свету как экологическому фактору различают следующие группы растений: гелиофиты, сциофиты и факультативные гелиофиты. Гелиофиты (светолюбивые) – обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и в лесной зоне встречаются редко (подсолнечник, козлобородник и др). Сциофиты (теневые растений) – не выносят освещения и живут под пологом леса в постоянной тени (лесные травы, папоротники, мхи). Факультативные гелиофиты (теневыносливые) – могут жить при хорошем освещении, но легко переносят и затемненные места (большинство растений лесов, луговые растения, кустарники)

Наибольшее значение свет как средство ориентации имеет в жизни животных. Среди животных различают дневные, ночные и сумеречные виды. Имеются также виды, живущие в постоянной темноте и не выносящие яркого солнечного света (почвенные животные, обитатели пещер и больших глубин, внутренние паразиты животных и растений).

Одним из наиболее важных факторов, определяющих существование развитие и распространение организмов является температура. Важно не только абсолютное количество тепла, по и его временное распределение, т.е. тепловой режим. Растения не обладают собственной температурой тела: их анатомо – морфологические и физиологические механизмы терморегуляции направлены на защиту организма от вредного воздействия температур. К физиологическим приспособлениям растений, сглаживающим вредные влияние высоких и низких температур, можно отнести: интенсивность испарения – транспирацию, накопление в клетках солей хлорофилла препятствовать проникновению солнечных лучей.

Температура главным образом связана с солнечным излучением, но в ряде случаев определяется энергией геотермальных источников. При температуре ниже точки замерзания живая клетка физически повреждается образующимися кристаллами льда и гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация ферментов. Абсолютное большинство растений и животных не выдерживает отрицательных температур тела. Верхний температурный предел жизни редко поднимается выше 40—45 °С. В диапазоне между крайними границами скорость ферментативных реакций (следовательно, и интенсивность обмена веществ) удваивается с повышением температуры на каждые 10 °С. Значительная часть организмов способна контролировать (поддерживать) температуру тела, причем в первую очередь наиболее жизненно важных органов. Такие организмы называют гомойотермными — теплокровными (от греч. homoios — подобный, therme — теплота) (млекопитающие, птицы),в отличие от пойкилотермных — холоднокровных (от греч. poikilos — различный, переменчивый, разнообразный), имеющих непостоянную температуру, зависящую от температуры окружающей среды (растения, земноводные)

Организмы, для жизни которых требуется условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными, а способных жить в широком диапазоне температур –эвритермными.

Вода обязательна для жизни на Земле, в экологическом плане она уникальна. Вода является важнейшим экологическим фактором в жизни живых организмов и их постоянной составной частью. По отношению к водному режиму выделяют следующие экологические группы растений и животных: влаголюбивые, сухолюбивые и предпочитающие умеренную влажность. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп: гидатофиты – водные растения, целиком или большей частью своей погруженные в воду (ряска, элодея); гидрофиты – наземно-водные растения, погруженные в воду только нижними частями (стрелолист, частуха); гигрофиты — наземные растения, живущие в очень влаж­ных почвах и в условиях повышенной влажности; мезофиты — переносят незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав, большинство культурных растений ); ксерофиты — растения сухих степей и пустынь, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях —суккуленты (алоэ, кактусы ), а также обладающие большой всасывающей силой корней и способные снижать транспирацию с узкими мелкими листьями — склерофиты. Среди наземных животных различают: гидрофилы – влаголюбивые животные (мокрицы, комары, наземные молюски); мезофилы – обитают в районах с умеренной влажностью (многие насекомые, птицы, млекопитающие); ксерофилы – это сухолюбивые животные, не переносящие высокой влажности (верблюди, пустынные грызуны, пресмыкающиеся).

Эдафические факторы – это свойства почвы как экологический фактор, оказывающий воздействие на животные организмы, живущие в них и на корневую систему растений. Очень важный фактор для многих животных и растений – реакция среды (рН). Засоленными называют почвы с избыточным содержанием водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов). Флора и фауна засоленных почв весьма специфична. Растения здесь устойчивы не только к концентрации, но и к составу солей, но разные растения приспособлены по разному. Солеустойчивые растения – галофиты, например солерос может выдержать концентрацию солей свыше 20 %, а в тоже время дождевые черви даже при невысокой степени засоления длительный срок выдержать его не могут.

Топографические факторы

Рельеф относится к орографическим факторам и тесно связана с другими абиотическими факторами, хотя и не принадлежащим к таким прямодействующим экологическим факторам, как свет, тепло, вода и почва. Главным топографическим (орографическим) фактором является высота.

Основной топографический фактор — высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастает количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижается давление. Рельеф местности — один из главных факторов, влияющих на перенос, рассеивание или накопление примесей в атмосферном воздухе.

Выводы

Таким образом, живые организмы воздействие среды воспринимают через посредство факторов среды, которые называются экологическими. Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Один и тот же фактор на разные организмы может оказывать оптимальное воздействие при различных значениях. Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом. Способность организмов выносить отклонения значений экологических факторов называется толерантностью, которая может иметь к разным фактором не одинаковый диапазон диапазон выносливости (терпимости).Организм может иметь приспособленность к узкому диапазону одного фактора и широкому диапазону – другого свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды называется экологической пластичностью.

 

Контрольные вопросы

1. Как называют совокупность факторов неорганической среды? Дайте характеристику этих факторов.

2. Как называются факторы, ограничивающие развития организма?

3. Что понимается под диапазоном толерантности?

4. Как влияет температура на жизнь растений и животных?

5. Выделите экологические группы растений и животных в зависимости от способов адаптации их к влаге.

6. Почему принято говорить о единстве организма и среды?

7. Дайте определения закона лимитирующих факторов.

8. Сформулируйте закон толерантности. Кто установил эту закономерность?

9. Приводите примеры использования законов минимума и толерантности в практической деятельности.

10.Приведите примеры стенобионтных и эврибионтных организмов.