Рис. 2
Организмы,
для жизни которых требуются
условия, ограниченные узким диапазоном
толерантности по величине температуры,
называют стенотермными («стено» - узкий),
а способных жить в широком диапазоне
температур – эвритермными («эври» - широкий)
(рис 3).
Рис. 3 Сравнение
относительных пределов толерантности
стенотермных и эвритермных организмов
(по Ф. Руттнеру. 1953 г.)
стенотермы эвритермы
стенотермы
холод
тепло
(оптимум) оптимум (оптимум)
активность
Мин. Макс.
Мин.
Макс.
температура
Подобно
температуре действуют и другие
лимитирующие факторы, а организмы
по отношению к характеру их воздействия
называют, соответственно, стенобионтами
и эврибионтами. Например, говорят:
организм стенобионтен по отношению к
влажности, или эврибионтен к климатическим
факторам, и т.п. Организмы, эврибионтные
к основным климатическим факторам, наиболее
широко распространены не Земле.
Диапазон
толерантности организма не остаётся
постоянным – он, например, сужается,
если какой-либо из факторов близок к
какому-либо пределу, или при размножении
организма, когда многие факторы
становятся лимитирующими. Значит, и
характер действия экологических факторов
при определённых условиях может
меняться, т.е. он может быть, а может
и не быть лимитирующим. При этом
нельзя забывать, что организмы и
сами способны снизить лимитирующее
действие факторов, создав, например, определённый
микроклимат (микросреду). Здесь возникает
своеобразная компенсация факторов,
которая наиболее эффективна на уровне
сообществ, реже – на видовом уровне.
Такая компенсация
факторов обычно создаёт условия
для физиологической акклиматизации
вида-эврибионта, имеющего широкое
распространение, который, акклиматизируясь
в данном конкретном месте, создаёт
своеобразную популяцию, экотип, пределы
толерантности которой соответствуют
местным условиям. При более глубоких
адаптационных процессах здесь
могут появиться и генетические
расы.
Итак, в
природных условиях организмы зависят
от состояния критических физических
факторов, от содержания необходимых
веществ и от диапазона толерантности
самих организмов к этим и другим
компонентам среды.
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 (рис.
14.1).
На рис. 14.1 по оси абсцисс
отложена интенсивность (или «доза») фактора
(например, температура, освещенность,
концентрация солей в почвенном растворе,
рН или влажность почвы и х д.), а по оси
ординат — реакция организма на воздействие
экологического фактора в его количественном
выражении (например, интенсивность фотосинтеза,
дыхания, скорость роста, продуктивность,
численность особей на единицу площади
и т. д.), т е. степень благотворности фактора.
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.
Рис. 14.1. Схема действия
экологического фактора на жизнедеятельность
организмов: 1, 2. 3 — точки минимума,
оптимума и максимума соответственно;
I, II, III—зоны пессимума, нормы и
оптимума соответственно.
Точка 2 на оси
абсцисс, соответствующая наилучшим
показателям жизнедеятельности
организма, означает наиболее
благоприятную для организма
величину воздействующего фактора
— это точка оптимума. Для большинства
организмов определить оптимальное
значение фактора с достаточной
точностью зачастую трудно, поэтому
принято говорить о зоне оптимума.
Крайние участки кривой, выражающие
состояние угнетения организмов
при резком недостатке или
избытке 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.
Разные виды
живых организмов заметно отличаются
друг от друга как по положению оптимума,
так и по пределам выносливости. Например,
песцы в тундре могут переносить колебания
температуры воздуха в диапазоне около
80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные
рачки выдерживают изменения температуры
воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С),
нитчатая цианобактерия осциллатория,
живущая на острове Ява в воде с температурой
64°С, погибает при 68°С уже через 5—10 мин.
Точно так же одни луговые травы предпочитают
почвы с довольно узким диапазоном кислотности
— при рН = 3,5—4,5 (например, вереск обыкновенный,
белоус торчащий, щавель малый служат
индикаторами кислых почв), другие хорошо
растут при широком диапазоне рН — от
сильнокислого до щелочного (например,
сосна обыкновенная). В связи с этим организмы,
для существования которых необходимы
строго определенные, относительно постоянные
условия среды, называют стенобионтными
(греч. stenos — узкий, bion — живущий), а те,
которые живут в широком диапазоне изменчивости
условий среды, —эврибионтными (греч.
eurys — широкий). При этом организмы одного
и того же вида могут иметь узкую амплитуду
по отношению к одному фак тору и широкую
— к другому (например, приспособленность
к узкому диапазону температур и широкому
диапазону солености воды). Кроме того,
одна и та же доза фактора может быть оптимальной
для одного вида, пессимальной для другого
и выходить за пределы выносливости для
третьего.
Способность организмов
адаптироваться к определенному
диапазону изменчивости факторов
среды называют экологической
пластичностью. Эта особенность
является одним из важнейших
свойств всего живого: регулируя свою
жизнедеятельность в соответствии с изменениями
условий среды, организмы приобретают
возможность выживать и оставлять потомство.
Значит, эврибионтные организмы явлются
эколог ически наиболее пластичными, что
обеспечивает их широкое распространение,
а стенобионтные, напротив, отличаются
слабой экологической пластичностью и,
как следствие, обычно имеют ограниченные
ареалы распространения.
Взаимодействие
экологических факторов. Ограничивающий
фактор. Экологические факторы воздействуют
на живой организм совместно
и одновременно. При этом действие
одного фактора зависит от
того, с какой силой и в каком
сочетании действуют одновременно
другие факторы. Эта закономерность
получила название взаимодействие
факторов. Например, жару или мороз
легче переносить при сухом,
а не при влажном воздухе.
Скорость испарения воды листьями
растений (транспирация) значительно
выше, если температура воздуха
высокая, а погода ветреная.
В некоторых
случаях недостаток одного фактора
частично компенсируется усилением
другого. Явление частичной взаимозаменяемости
действия экологических факторов
называется эффектом компенсации.
Например, увядание растений можно
приостановить как увеличением
количества влаги в почве, так
и снижением температуры воздуха,
уменьшающего транспирацию; в пустынях
недостаток осадков в определенной
мере восполняется повышенной
относительной влажностью воздуха
в ночное время; в Арктике
продолжительный световой день
летом компенсирует недостаток
тепла.
Вместе с тем
ни один из необходимых организму
экологических факторов не может
быть полностью заменен другим.
Отсутствие света делает жизнь
растений невозможной, несмотря
на самые благоприятные сочетания
других условий. Поэтому если
значение хотя бы одного из
жизненно необходимых экологических
факторов приближается к критической
величине или выходит за ее
пределы (ниже минимума или
выше максимума), то, несмотря на
оптимальное сочетание остальных
условий, особям грозит гибель.
Такие факторы называются ограничивающими
(лимитирующими).
Природа ограничивающих
факторов может быть различной.
Например, угнетение травянистых
растений под пологом буковых
лесов, где при оптимальном
тепловом режиме, повышенном содержании
углекислого газа, богатых почвах
возможности развития трав ограничиваются
недостатком света. Изменить такой
результат можно только воздействием
на ограничивающий фактор.
Ограничивающие
факторы среды определяют географический
ареал вида. Так, продвижение вида
на север может лимитироваться
недостатком тепла, а в районы
пустынь и сухих степей —
недостатком влаги или слишком
высокими температурами. Фактором,
ограничивающим распространение
организмов, могут служить и биотические
отношения, например занятость
территории более сильным конкурентом
или недостаток опылителей для цветковых
растений.
Выявление ограничивающих
факторов и устранение их действия,
т. е. оптимизация среды обитания
живых организмов, составляет важную
практическую цель в повышении
урожайности сельскохозяйственных
культур и продуктивности домашних
животных.
5. Роль человека
в биосфере. Рост народанаселения.
Потребность человека. Социальный обмен
веществ.
Человек - часть биосферы.
Роль человека в биосфере
Биосфера-- часть оболочки
Земли, населенная живыми организмами.
Включает верхнюю часть литосферы, гидросферу,
тропосферу и нижнюю часть стратосферы.
Учение о биосфере развито акад. В. И. Вернадским.
Воздействие человека
на биосферу -- процесс, при котором
в биосфере резко ускоряется миграция
атомов по сравнению с естественными биогеохимическими
процессами. Количество элементов, включающихся
в круговорот, увеличивается и усиливает
давление на неорганическую среду: создается
искусственная оболочка Земли -- ноосфера.
Познание закономерностей взаимоотношений
человека с биосферой, разумное управление
процессами, происходящими в природе,
регулирование отношений человека с природой
-- главная задача экологии в мировом масштабе.
Человек -- часть биосферы, без которой
он существовать не может.
Биосфера, ее структура
и функции. Около 60 лет назад
выдающийся русский ученый академик
В.И. Вернадский разработал учение
о биосфере - оболочке Земли, населенной
живыми организмами. В.И. Вернадский
распространил понятие биосферы
не только на организмы, но
и на среду обитания. Он выявил
геологическую роль живых организмов
и показал, что их деятельность
представляет собой важнейший
фактор преобразования минеральных
оболочек планеты. Он писал:
«На земной поверхности нет
химической силы более постоянно
действующей, а поэтому более
могущественной по своим конечным
последствиям, чем живые организмы,
взятые в целом». Более правильно,
поэтому определять биосферу
как оболочку Земли, которая
населена и преобразуется живыми
существами. В составе биосферы
различают: -живое вещество, образованное
совокупностью организмов; -биогенное
вещество, которое создается в процессе
жизнедеятельности организмов (газы атмосферы,
каменный уголь, известняки и др. ); -косное
вещество, образующееся без участия живых
организмов (основные породы, лава вулканов,
метеориты); - биокосное вещество, представляющее
собой совместный результат жизнедеятельности
организмов и абиогенных процессов (почвы).
Эволюция биосферы обусловлена тесно
взаимосвязанными между собой тремя группами
факторов: развитием нашей планеты как
космического тела и протекающих в ее
недрах химических преобразований, биологической
эволюции живых организмов и развитием
человеческого общества.
ТРУДЫ ВЕРНАДСКОГО
Центральным в этой
концепции является понятие о
живом веществе, которое В.И. Вернадский
определяет как совокупность живых
организмов. Кроме растений и животных,
В.И. Вернадский включает сюда и человечество,
влияние которого на геохимические
процессы отличается от воздействия
остальных живых существ, во-первых,
своей интенсивностью, увеличивающейся
с ходом геологического времени;
во-вторых, тем воздействием, какое
деятельность людей оказывает на
остальное живое вещество. Это
воздействие сказывается прежде всего
в создании многочисленных новых видов
культурных растений и домашних животных.
Такие виды не существовали раньше и без
помощи человека либо погибают, либо превращаются
в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает
геохимическую работу живого вещества
в неразрывной связи животного, растительного
царства и культурного человечества как
работу единого целого. Поскольку живое
вещество является определяющим компонентом
биосферы, постольку можно утверждать,
что оно может существовать и развиваться
только в рамках целостной системы биосферы.
Неслучайно поэтому В.И. Вернадский считает,
что живые организмы являются функцией
биосферы и теснейшим образом материально
и энергетически с ней связаны, являются
огромной геологической силой, ее определяющей.
Несмотря на некоторые противоречия, учение
Вернадского о биосфере представляет
собой новый крупный шаг в понимании не
только живой природы, но и ее неразрывной
связи с исторической деятельностью человечества.