Честито 

Мрежови проекти в областта на екологичното образование. Фактори на околната среда, общи модели на тяхното действие върху живите организми

Общи закономерности на действието на факторите на околната среда върху организмите

Обща сума фактори на околната среда, засягащи тялото или биоценозата, е огромно, някои от тях са добре познати и разбрани, например температурата на водата и въздуха, ефектът на други, например промените в силата на гравитацията, едва наскоро започна да да бъдат изучавани. Въпреки голямото разнообразие от фактори на околната среда могат да се откроят редица закономерности в характера на тяхното въздействие върху организмите и в реакциите на живите същества.

Законът за оптимума (толерантност)

Съгласно този закон, формулиран за първи път от У. Шелфорд, за биоценоза, организъм или определен етап от неговото развитие съществува диапазон на най-благоприятната (оптимална) стойност на фактора. Извън оптималната зона има зони на потисничество, превръщайки се в критични точкиотвъд които съществуването е невъзможно.

Максималната гъстота на населението обикновено е ограничена до оптималната зона. Оптимални зони за различни организми не са еднакви. За някои те имат значителен обхват. Такива организми принадлежат към групата еврибионти(гръцки euri - широк; bios - живот).

Наричат ​​се организми с тесен диапазон на адаптация към факторите стенобионти(гръцки stenos - тесен).

Наричат ​​се видове, които могат да оцелеят в широк диапазон от температури евритермален, и тези, които могат да живеят само в тесен диапазон от температурни стойности - стенотермален.

Способността да се живее в условия с различна соленост на водата се нарича еврихалин, на различни дълбочини - еврибатност, на места с различна влажност на почвата - евригиричности т.н. Важно е да се подчертае, че оптималните зони по отношение на различни фактори се различават и следователно организмите напълно показват потенциалните си възможности, ако целият спектър от фактори има оптимални стойности за тях.

Неяснотата на ефекта на факторите на околната среда върху различни функцииорганизъм

Всеки фактор на околната среда засяга различни функции на тялото по различни начини. Оптимумът за някои процеси може да бъде потискащ за други. Например, температурата на въздуха от + 40 до + 45 ° C при хладнокръвни животни значително увеличава скоростта на метаболитните процеси в тялото, но в същото време потиска двигателната активност, което в крайна сметка води до термичен торпор. За много риби температурата на водата, която е оптимална за узряването на репродуктивните продукти, е неблагоприятна за хвърляне на хайвера.

Жизненият цикъл, в който в определени периоди от време тялото изпълнява главно определени функции (хранене, растеж, размножаване, преселване и др.), Винаги е в съответствие със сезонните промени в съвкупността от фактори на околната среда. В същото време мобилните организми могат да променят местообитанията си за успешното изпълнение на всички нужди на живота си.

Разнообразие от индивидуални реакции към факторите на околната среда

Издръжливостта, критичните точки, зоните на оптимална и нормална жизнена активност доста често се променят през целия жизнен цикъл на индивидите. Тази изменчивост се определя както от наследствени качества, така и от възрастови, полови и физиологични различия. Например възрастни екземпляри от сладководни циприниди и костурови видове риби, като шаран, обикновен европейски щука и др., Са напълно способни да живеят във водата на заливи на вътрешни морета със соленост до 5-7 g / l, но местата им за хвърляне на хайвер се намират само в силно обезсолени райони, близо до устия на реки, тъй като яйцата на тези риби могат да се развиват нормално, когато солеността на водата не надвишава 2 g/l. Ларвите на раците не могат да живеят в прясна вода, но възрастните се срещат в естуарната зона на реките, където изобилието от органичен материал, носен от речния поток, създава добра хранителна база. Пеперудата мелничен молец - един от опасните вредители по брашното и зърнените продукти - е критична за живота минимална температураза гъсеници -7 °С, за възрастни форми -22 °С, а за яйца -27 °С. Понижаването на температурата на въздуха до -10 ° C е фатално за гъсениците, но не е опасно за възрастни форми и яйца от този вид. Така екологичната толерантност, присъща на вида като цяло, се оказва по-широка от толерантността на всеки индивид в даден етап от неговото развитие.

Относителна независимост на адаптацията на организмите към различни фактори на околната среда

Степента на издръжливост на организма към определен фактор не означава наличието на подобна толерантност по отношение на друг фактор. Видове, които могат да съществуват в широк диапазон температурни условия, може да не са в състояние да издържат на големи колебания в солеността на водата или влажността на почвата. С други думи, евритермните видове могат да бъдат стенохалинни или стенохигрични. Нарича се набор от екологични толеранси (чувствителност) към различни фактори на околната среда екологичен спектър на вида.

Взаимодействие на факторите на околната среда

Зоната на оптимума и границите на издръжливост по отношение на всеки фактор на околната среда могат да се изместят в зависимост от силата и комбинацията от други фактори, действащи едновременно. Някои фактори могат да увеличат или намалят силата на други фактори. Например, излишната топлина може да бъде смекчена до известна степен чрез ниска влажност на въздуха. Увяхването на растението може да бъде спряно както чрез увеличаване на количеството влага в почвата, така и чрез понижаване на температурата на въздуха, като по този начин се намали изпарението. Липсата на светлина за фотосинтезата на растенията може да се компенсира с повишено съдържание на въглероден диоксид във въздуха и т.н. От това обаче не следва, че факторите могат да се заменят. Те не са взаимозаменяеми. Пълната липса на светлина ще доведе до бърза смърт на растението, дори ако влажността на почвата и количеството на всички хранителни вещества в нея са оптимални. Нар. съвкупното действие на няколко фактора, при което ефектът от тяхното влияние взаимно се засилва синергия. Синергията се вижда ясно в комбинации от тежки метали (мед и цинк, мед и кадмий, никел и цинк, кадмий и живак, никел и хром), както и амоняк и мед, синтетични повърхностноактивни вещества. С комбинирания ефект на двойки от тези вещества, техният токсичен ефект се увеличава значително. В резултат на това дори малки концентрации от тези вещества могат да бъдат смъртоносни за много организми. Пример за синергия може да бъде и повишен риск от замръзване по време на замръзване с силен вятъротколкото при тихо време.

За разлика от синергията могат да се разграничат определени фактори, чието въздействие намалява силата на резултатния ефект от въздействието. Токсичността на цинковите и оловните соли намалява в присъствието на калциеви съединения, а циановодородната киселина в присъствието на железен оксид и железен оксид. Такова явление се нарича антагонизъм. В същото време, знаейки кое вещество има антагонистичен ефект върху даден замърсител, може да се постигне значително намаляване на неговото отрицателно въздействие.

Правилото за ограничаване на факторите на околната среда и законът за минимума

Същността на правилото за ограничаване на факторите на околната среда се състои в това, че фактор, който е в дефицит или излишък, влияе негативно на организмите и в допълнение ограничава възможността за проява на силата на действие на други фактори, включително тези, които са в оптимално. Например, ако почвата съдържа в изобилие всички освен един химичен или физичен фактор на околната среда, необходим за растението, тогава растежът и развитието на растението ще зависят точно от величината на този фактор. Ограничаващите фактори обикновено определят границите на разпространение на видовете (популациите), техните ареали. От тях зависи продуктивността на организмите и съобществата.

Правилото за ограничаващите фактори на околната среда позволи да се стигне до обосновката на така наречения "закон на минимума". Предполага се, че за първи път законът на минимума е формулиран от немския агроном Й. Либих през 1840 г. Според този закон резултатът от въздействието на комбинация от фактори на околната среда върху добивите зависи преди всичко от тези елементи на околната среда, които обикновено присъстват в достатъчни количества, но върху тези, за които са характерни минимални концентрации (бор, мед, желязо, магнезий и др.). Например дефицит бор рязко намалява устойчивостта на растенията към суша.

IN съвременна интерпретациятози закон звучи по следния начин: издръжливостта на един организъм се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични потребности. Тоест, жизнените възможности на организма са ограничени от фактори на околната среда, чието количество и качество са близки до минимално необходимите за даден организъм. По-нататъшното намаляване на тези фактори води до до смъртта на организма.

Адаптивни способности на организмите

Към днешна дата организмите са усвоили четири основни местообитания, които се различават значително по физикохимични условия. Това е вода, земя-въздух, почвена среда, както и околната среда, които са самите живи организми. В допълнение, живи организми са открити в слоеве от органични и органо-минерални вещества, разположени дълбоко под земята, в подземни и артезиански води. Така специфични бактерии са открити в нефт, отложен на дълбочина над 1 км. По този начин сферата на живота включва не само почвения слой, но може при благоприятни условия да се разпространи много по-дълбоко в земната кора. В същото време основният фактор, предотвратяващ проникването в дълбините на Земята, очевидно е температурата на околната среда, която се увеличава с увеличаване на дълбочината от повърхността на почвата. Смята се, че при температури над 100 ° C, активен животът е невъзможен.

Приспособленията на организмите към факторите на средата, в която живеят, се наричат адаптации. Адаптациите са всякакви промени в структурата и функциите на организмите, които увеличават шансовете им за оцеляване. Способността за адаптиране може да се счита за едно от основните свойства на живота като цяло, тъй като осигурява способността на организмите да оцеляват и да се възпроизвеждат устойчиво. Адаптациите се появяват в различни нива: от биохимията на клетките и поведението на отделните организми до структурата и функционирането на общности и цели екологични системи.

Основните видове адаптации на ниво организъм са следните:

· биохимичен - проявяват се във вътреклетъчни процеси, могат да се отнасят до промени във функционирането на ензимите или техния общ брой;

· физиологичен - например повишена честота на дишане и сърдечна честота при интензивно движение, повишено изпотяване при повишаване на температурата при редица видове;

· морфоанатомични- характеристики на структурата и формата на тялото, свързани с начина и средата на живот;

· поведенчески - например изграждането на гнезда и дупки от някои видове;

· онтогенетичен - ускоряване или забавяне на индивидуалното развитие, което допринася за оцеляването при променящи се условия.

Организмите най-лесно се адаптират към тези фактори на околната среда, които се променят ясно и устойчиво.

Историята на екологичните знания датира от много векове. Още примитивните хора трябваше да имат определени знания за растенията и животните, техния начин на живот, взаимоотношения помежду си и с околната среда. Като част от цялостното развитие природни наукиимаше и натрупване на знания, които сега принадлежат към областта на науката за околната среда. Като самостоятелна изолирана дисциплина екологията се обособява през 19 век.

Терминът Екология (от гръцки eco - къща, logos - учение) е въведен в науката от немския биолог Ернест Хекел.

През 1866 г. в своя труд „Общата морфология на организмите“ той пише, че това е „... сумата от знания, свързани с икономиката на природата: изследване на съвкупността от връзката на едно животно с неговата среда, както органични и неорганични, и най-вече неговите приятелски или враждебни отношения с онези животни и растения, с които пряко или косвено влиза в контакт. Това определение отнася екологията към биологичните науки. В началото на ХХв. образуване системен подходи развитието на доктрината за биосферата, която е обширна област на знанието, която включва много научни области както от природния, така и от хуманитарния цикъл, включително общата екология, доведе до разпространението на екосистемните възгледи в екологията. Екосистемата се превърна в основен обект на изследване в екологията.

Екосистемата е съвкупност от живи организми, които взаимодействат помежду си и със своята среда чрез обмен на материя, енергия и информация по такъв начин, че тази единична система да остане стабилна за дълго време.

Все по-нарастващото въздействие на човека върху околната среда наложи ново разширяване на границите на екологичното познание. През втората половина на ХХв. Научно-техническият прогрес доведе до редица проблеми, които получиха статут на глобални, като по този начин в полезрението на екологията проблемите на сравнителния анализ на природните и създадените от човека системи и търсенето на пътища за тяхното ясно се очертаха хармоничното съжителство и развитие.

Съответно структурата на екологичната наука беше диференцирана и усложнена. Сега тя може да бъде представена като четири основни клона, които се разделят допълнително: биоекология, геоекология, човешка екология, приложна екология.

По този начин можем да определим екологията като наука за общите закони на функционирането на екосистеми от различни порядки, набор от научни и практически въпроси на връзката между човека и природата.

2. Фактори на околната среда, тяхната класификация, видове въздействие върху организмите

Всеки организъм в природата изпитва влиянието на голямо разнообразие от компоненти на външната среда. Всички свойства или компоненти на околната среда, които влияят на организмите, се наричат ​​фактори на околната среда.

Класификация на факторите на околната среда. Факторите на околната среда (факторите на околната среда) са разнообразни, имат различно естествои конкретно действие. Разграничават се следните групи фактори на околната среда:

1. Абиотични (фактори нежива природа):

а) климатични - светлинни условия, температурни условия и др.;

б) едафични (локални) - водоснабдяване, тип почва, терен;

в) орографски - въздушни (вятърни) и водни течения.

2. Биотичните фактори са всички форми на влияние на живите организми един върху друг:

Растения Растения. Растения Животни. Растения Гъби. Растителни микроорганизми. Животни Животни. Животни Гъби. Животни Микроорганизми. Гъби Гъби. Гъби Микроорганизми. Микроорганизми Микроорганизми.

3. Антропогенните фактори са всички форми на дейност на човешкото общество, които водят до промяна в местообитанието на други видове или пряко засягат живота им. Въздействието на тази група фактори на околната среда бързо нараства от година на година.

Видове въздействие на факторите на околната среда върху организмите. Факторите на околната среда влияят на живите организми по различни начини. Те могат да бъдат:

Дразнители, които допринасят за появата на адаптивни (адаптивни) физиологични и биохимични промени (хибернация, фотопериодизъм);

Ограничители, които променят географското разпространение на организмите поради невъзможността за съществуване в тези условия;

Модификатори, които предизвикват морфологични и анатомични промени в организмите;

Сигнали, показващи промени в други фактори на околната среда.

Общи модели на факторите на околната среда:

Поради изключителното разнообразие от фактори на околната среда, различните видове организми, изпитвайки тяхното влияние, реагират на него по различни начини, но могат да бъдат идентифицирани редица общи закони (модели) на действието на факторите на околната среда. Нека се спрем на някои от тях.

1. Законът за оптимума

2. Закон за екологичната индивидуалност на видовете

3. Законът за ограничаващия (ограничаващ) фактор

4. Закон за двусмисленото действие

3. Закономерности на действието на факторите на околната среда върху организмите

1) Правилото на оптимума. За екосистема, организъм или определен етап от него

развитие, има диапазон на най-благоприятната стойност на фактора. Където

благоприятни фактори гъстотата на населението е максимална. 2) Толерантност.

Тези характеристики зависят от средата, в която живеят организмите. Ако тя

стабилен в своята

има повече шансове за оцеляване на организмите.

3) Правилото за взаимодействие на факторите. Някои фактори могат да увеличат или

смекчаване на ефекта от други фактори.

4) Правилото на ограничаващите фактори. Фактор, който е в дефицит или

излишъкът се отразява негативно на организмите и ограничава възможността за проявление. сила

действието на други фактори. 5) Фотопериодизъм. При фотопериодизъм

разберете реакцията на тялото към продължителността на деня. отговор на променящата се светлина.

6) Адаптиране към ритъма на природните явления. Адаптиране към ежедневието и

сезонни ритми, приливни явления, ритми на слънчева активност,

лунни фази и други явления, които се повтарят със строга периодичност.

Ек. валентност (пластичност) – способността на орг. адаптират се към фактори на околната среда. заобикаляща среда.

Модели на действие на факторите на околната среда върху живите организми.

Екологични фактори и тяхната класификация. Всички организми са потенциално способни на неограничено размножаване и разпръскване: дори видове, които водят привързан начин на живот, имат поне една фаза на развитие, в която са способни на активно или пасивно разпространение. Но в същото време видов съставорганизми, които живеят в различни климатични зони, не се смесва: всеки от тях има определен набор от видове животни, растения, гъби. Това се дължи на ограничаването на прекомерното размножаване и заселване на организми от определени географски бариери (морета, планински вериги, пустини и др.), климатични фактори (температура, влажност и др.), както и взаимоотношения между отделните видове.

В зависимост от характера и особеностите на действие факторите на околната среда се делят на абиотични, биотични и антропогенни (антропни).

Абиотичните фактори са компоненти и свойства на неживата природа, които пряко или косвено влияят върху отделните организми и техните групи (температура, светлина, влажност, газов състав на въздуха, налягане, солев състав на водата и др.).

Отделна група фактори на околната среда включват различни формичовешки икономически дейности, които променят състоянието на местообитанията на различни видове живи същества, включително самия човек ( антропогенни фактори). За относително кратък периодчовешкото съществуване като видове, неговата дейност коренно промени облика на нашата планета и всяка година това влияние върху природата се увеличава. Интензивността на някои фактори на околната среда може да остане относително стабилна за дълги исторически периоди от развитието на биосферата (например слънчева радиация, гравитация, солен състав на морската вода, газов състав на атмосферата и др.). Повечето от тях са с променлив интензитет (температура, влажност и др.). Степента на променливост на всеки от факторите на околната среда зависи от характеристиките на местообитанието на организмите. Например, температурата на повърхността на почвата може да варира значително в зависимост от времето на годината или деня, времето и т.н., докато във водните тела на дълбочина повече от няколко метра почти няма спадове на температурата.

Промените във факторите на околната среда могат да бъдат:

Периодични, в зависимост от времето на деня, сезона, положението на Луната спрямо Земята и др.;

Непериодични, например вулканични изригвания, земетресения, урагани и др.;

Насочени към значителни исторически периоди от време, например промени в климата на Земята, свързани с преразпределението на съотношението на сушата и океаните.

Всеки от живите организми постоянно се адаптира към целия комплекс от фактори на околната среда, тоест към околната среда, регулирайки жизнените процеси в съответствие с промените в тези фактори. Местообитанието е съвкупност от условия, при които живеят определени индивиди, популации, групи от организми.

Модели на влиянието на факторите на околната среда върху живите организми. Въпреки факта, че факторите на околната среда са много разнообразни и различни по природа, се отбелязват някои модели на тяхното влияние върху живите организми, както и реакциите на организмите към действието на тези фактори. Приспособленията на организмите към условията на средата се наричат ​​адаптации. Те се произвеждат на всички нива на организация на живата материя: от молекулярно до биогеоценотично. Адаптациите не са постоянни, тъй като те се променят в процеса на историческото развитие на отделните видове, в зависимост от промените в интензивността на действие на факторите на околната среда. Всеки вид организми е адаптиран към определени условия на съществуване по специален начин: няма два близки вида, които да са сходни в своите адаптации (правилото на екологичната индивидуалност). И така, къртицата (серия Насекомоядни) и къртицата (серия Гризачи) са адаптирани към съществуването в почвата. Но къртицата копае проходи с помощта на предните си крайници, а къртицата използва резците си, изхвърляйки пръстта с главата си.

Добрата адаптация на организмите към определен фактор не означава същата адаптация към други (правилото за относителна независимост на адаптацията). Например лишеите, които могат да се заселят върху субстрати, бедни на органична материя (като скали) и да издържат на сухи периоди, са много чувствителни към замърсяването на въздуха.

Съществува и законът на оптимума: всеки фактор има положителен ефект върху тялото само в определени граници. Благоприятната за организми от определен тип интензивност на въздействието на фактор на околната среда се нарича оптимална зона. Колкото повече интензитетът на действие на даден фактор на средата се отклонява от оптималния в една или друга посока, толкова по-изразено е потискащото му въздействие върху организмите (зона на песимум). Стойността на интензивността на въздействието на фактора на околната среда, според която съществуването на организмите става невъзможно, се нарича горна и долна граница на издръжливост (критични точки на максимум и минимум). Разстоянието между границите на издръжливост определя екологичната валентност на даден вид по отношение на един или друг фактор. Следователно екологичната валентност е диапазонът на интензивност на влиянието на екологичен фактор, в който е възможно съществуването на определен вид.

Широката екологична валентност на индивидите от определен вид по отношение на конкретен екологичен фактор се обозначава с префикса "евро-". По този начин арктическите лисици са евритермни животни, тъй като могат да издържат на значителни температурни колебания (в рамките на 80 ° C). Някои безгръбначни (гъби, килчаки, бодлокожи) са еврибатични организми, поради което се заселват от крайбрежната зона на големи дълбочини, издържайки на значителни колебания в налягането. Видовете, които могат да живеят в широк диапазон от колебания на различни фактори на околната среда, се наричат ​​еврибионтими , Тясната екологична валентност, тоест неспособността да издържат на значителни промени в определен фактор на околната среда, се обозначава с префикса "стено-" (например стенотермални, стенобатни, стенобионтни и др.).

Оптимумът и границите на издръжливостта на организма по отношение на даден фактор зависят от интензивността на действието на другите. Например, при сухо, спокойно време е по-лесно да издържате на ниски температури. И така, оптимумът и границите на издръжливост на организмите по отношение на всеки фактор на околната среда могат да се изместят в определена посока, в зависимост от силата и комбинацията от други фактори (феноменът на взаимодействието на факторите на околната среда).

Но взаимното компенсиране на жизненоважни екологични фактори има определени граници и никой не може да бъде заменен с друг: ако интензивността на действието на поне един фактор надхвърли границите на издръжливостта, съществуването на вида става невъзможно, въпреки оптималната интензивност на действието на другите. По този начин липсата на влага инхибира процеса на фотосинтеза дори при оптимална осветеност и концентрация на CO2 в атмосферата.

Факторът, чиято интензивност надхвърля границите на издръжливостта, се нарича ограничителен. Ограничаващите фактори определят района на разпространение на вида (ареал). Например, разпространението на много видове животни на север е затруднено от липсата на топлина и светлина, на юг от липсата на влага.

По този начин присъствието и просперитетът на даден вид в дадено местообитание се дължи на взаимодействието му с цял набор от фактори на околната среда. Недостатъчната или прекомерната интензивност на действието на който и да е от тях е невъзможна за просперитета и самото съществуване на отделните видове.

Факторите на околната среда са всички компоненти на околната среда, които влияят на живите организми и техните групи; делят се на абиотични (компоненти на неживата природа), биотични (различни форми на взаимодействие между организмите) и антропогенни (различни форми на стопанска дейност на човека).

Приспособленията на организмите към условията на средата се наричат ​​адаптации.

Всеки фактор на околната среда има само определени граници на положително въздействие върху организмите (законът на оптимума). Границите на интензивността на действие на фактора, според които съществуването на организмите става невъзможно, се наричат ​​горна и долна граница на издръжливост.

Оптимумът и границите на издръжливост на организмите по отношение на всеки фактор на околната среда могат да варират в определена посока в зависимост от интензивността и комбинацията от други фактори на околната среда (феноменът на взаимодействие на факторите на околната среда). Но тяхната взаимна компенсация е ограничена: нито един жизненоважен фактор не може да бъде заменен с друг. Фактор на околната среда, който надхвърля границите на издръжливост, се нарича ограничителен, той определя ареала на даден вид.

екологична пластичност на организмите

Екологична пластичност на организмите (екологична валентност) - степента на адаптивност на вида към промените в фактора на околната среда. Изразява се чрез диапазона от стойности на факторите на околната среда, в рамките на които даден вид запазва нормална жизнена активност. Колкото по-широк е диапазонът, толкова по-голяма е екологичната пластичност.

Видовете, които могат да съществуват с малки отклонения на фактора от оптимума, се наричат ​​високоспециализирани, а видовете, които могат да издържат на значителни промени във фактора, се наричат ​​широко адаптирани.

Екологичната пластичност може да се разглежда както по отношение на отделен фактор, така и по отношение на комплекс от фактори на околната среда. Способността на видовете да понасят значителни промени в определени фактори се обозначава със съответния термин с префикса "evry":

Евритермален (пластичен до температура)

Евриголин (соленост на водата)

Евритотичен (пластичен към светлина)

Eurygyric (пластмасов към влага)

Евриой (пластмаса за местообитанието)

Еврифагичен (пластмаса към храна).

Видовете, адаптирани към малки промени в този фактор, се обозначават с термина с представката "стена". Тези префикси се използват за изразяване на относителната степен на толерантност (например при стенотермни видове екологичният температурен оптимум и песимум са близки).

Видове с широка екологична пластичност по отношение на комплекс от екологични фактори са еврибионтите; видове с ниска индивидуална приспособимост – стенобионти. Еврибионтността и истенобионтността се характеризират Различни видовеадаптации на организмите за оцеляване. Ако еврибионтите се развиват дълго време при добри условия, те могат да загубят своята екологична пластичност и да развият стенобионтни черти. Видовете, които съществуват със значителни флуктуации на фактора, придобиват повишена екологична пластичност и стават еврибионти.

Например, във водната среда има повече стенобионти, тъй като тя е относително стабилна в свойствата си и амплитудите на колебанията на отделните фактори са малки. В по-динамична въздушно-земна среда преобладават еврибионтите. Топлокръвните животни имат по-широка екологична валентност от студенокръвните животни. Младите и старите организми са склонни да изискват по-еднакви условия на околната среда.

Еврибионтите са широко разпространени, а стенобионтите стесняват ареалите; но в някои случаи, поради високата си специализация, стенобионтите притежават огромни територии. Например рибоядната скопа е типичен стенофаг, но по отношение на други фактори на околната среда е еврибионт. В търсене на необходимата храна, птицата е в състояние да покрие големи разстояния в полет, поради което заема значителна площ.

Пластичност - способността на организма да съществува в определен диапазон от стойности на фактора на околната среда. Пластичността се определя от скоростта на реакцията.

Според степента на пластичност по отношение на отделните фактори всички видове се разделят на три групи:

Стенотопите са видове, които могат да съществуват в тесен диапазон от стойности на фактори на околната среда. Например повечето растения от влажни екваториални гори.

Евритопите са широкопластични видове, способни да развиват различни местообитания, например всички космополитни видове.

Мезотопите заемат междинно положение между стенотопи и евритопи.

Трябва да се помни, че един вид може да бъде например стенотоп според един фактор и евритоп според друг и обратно. Например, човек е евритоп по отношение на температурата на въздуха, но стенотоп по отношение на съдържанието на кислород в него.

неодушевени и Жива природа, околните растения, животни и хора, се нарича местообитание. Съвкупността от отделни компоненти на околната среда, които влияят на организмите, се наричат фактори на околната среда.

Според естеството на произхода се разграничават абиотични, биотични и антропогенни фактори.

Абиотични фактори - Това са свойства на неживата природа, които пряко или косвено засягат живите организми.

Биотични фактори - това са всички форми на влияние на живите организми един върху друг. По-рано до биотични факторичовешкото въздействие върху живите организми също се приписва, но в момента се разграничава специална категория фактори, генерирани от хората.

Антропогенни фактори - това са всички форми на дейност на човешкото общество, които водят до промяна в природата като местообитание и други видове и пряко засягат живота им.

По този начин всеки жив организъм се влияе от неживата природа, организми от други видове, включително хора, и от своя страна засяга всеки един от тези компоненти.

Закони за въздействието на факторите на околната среда върху живите организми

Въпреки разнообразието от фактори на околната среда и различното естество на техния произход, съществуват някои общи правила и закономерности на тяхното въздействие върху живите организми.

За живота на организмите е необходима определена комбинация от условия. Ако всички условия на средата са благоприятни, с изключение на едно, то именно това състояние става решаващо за живота на съответния организъм. Ограничава (ограничава) развитието на организма, затова се нарича ограничаващ фактор . Първоначално беше установено, че развитието на живите организми е ограничено от липсата на който и да е компонент, например минерални соли, влага, светлина и др. В средата на 19 век немският органичен химик Й. Либих пръв експериментално доказва, че растежът на растенията зависи от хранителния елемент, който присъства в относително минимално количество. Той нарече това явление закон на минимума (закон на Либих).

В съвременната формулировка законът на минимума звучи така: издръжливостта на един организъм се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични потребности. Въпреки това, както се оказа по-късно, не само дефицитът, но и излишъкът на фактор може да бъде ограничаващ, например смъртта на реколтата поради дъждове, пренасищане на почвата с торове и др. Концепцията, че наред с минимума, максимумът може да бъде и ограничаващ фактор, е въведена 70 години след Либих от американския зоолог У. Шелфорд, който формулира закон на толерантността . Според закона за толерантността, ограничаващият фактор за просперитета на една популация (организъм) може да бъде както минимум, така и максимум на въздействието върху околната среда, а диапазонът между тях определя количеството на издръжливостта (граница на толерантност) или екологичната валентност на организма към този фактор.

Благоприятният диапазон на фактора на околната среда се нарича зона на оптимум (нормален живот). Колкото по-голямо е отклонението на фактора от оптимума, толкова повече този фактор потиска жизнената активност на населението. Този диапазон се нарича зона на потисничество. Максималните и минималните допустими стойности на фактора са критични точки, отвъд които съществуването на организъм или популация вече не е възможно.

Принципът на лимитиращите фактори е валиден за всички видове живи организми – растения, животни, микроорганизми и важи както за абиотичните, така и за биотичните фактори.

В съответствие със закона за толерантността всеки излишък на материя или енергия се оказва източник на замърсяване.

Границата на толерантност на организма се променя при прехода от един етап на развитие към друг. Често младите организми са по-уязвими и по-взискателни към условията на околната среда от възрастните. Най-критичен от гледна точка на въздействието на различни фактори е размножителният период: през този период много фактори стават ограничаващи. Екологичната валентност за размножаващи се индивиди, семена, ембриони, ларви, яйца обикновено е по-тясна, отколкото за възрастни неразмножаващи се растения или животни от същия вид.

Досега говорихме за границата на поносимост на живия организъм по отношение на един фактор, но в природата всички фактори на средата действат заедно.

Оптималната зона и границите на издръжливостта на тялото по отношение на всеки фактор на околната среда могат да се изместят в зависимост от комбинацията от други фактори, действащи едновременно. Този модел е наименуван взаимодействия на факторите на околната среда .

Взаимната компенсация обаче има определени граници и е невъзможно напълно да се замени един от факторите с друг. Това предполага заключението, че всички условия на околната среда, необходими за поддържане на живота, играят еднаква роля и всеки фактор може да ограничи възможността за съществуване на организми - това е закон за еквивалентност на всички условия на живот .

Известно е, че всеки фактор по различен начин влияе върху различните функции на тялото. Условията, които са оптимални за някои процеси, например за растежа на организма, могат да се окажат зона на потисничество за други, например за възпроизвеждане, и да надхвърлят толерантността, тоест да доведат до смърт за други . Ето защо жизнен цикъл, според който тялото през определени периоди изпълнява предимно определени функции - хранене, растеж, размножаване, разселване - винаги е съобразено със сезонните промени във факторите на околната среда.

Сред законите, които определят взаимодействието на индивид или индивид с неговата среда, ние отделяме правилото за съответствие между условията на околната среда и генетичната предопределеност на организма. Той твърди, че един вид организми може да съществува толкова дълго, колкото и доколкото естествената среда, която го заобикаля, съответства на генетичните възможности за адаптиране на този вид към неговите колебания и промени. Всеки вид живот е възникнал в определена среда, в една или друга степен е адаптиран към нея и по-нататъшното съществуване на вида е възможно само в тази или близка до нея среда. Рязката и бърза промяна в средата на живот може да доведе до факта, че генетичните способности на вида ще бъдат недостатъчни, за да се адаптират към новите условия. Това по-специално е в основата на една от хипотезите за изчезването на големи влечуги с рязка промяна в абиотичните условия на планетата: големите организми са по-малко променливи от малките, така че се нуждаят от много повече време, за да се адаптират. В тази връзка фундаменталните трансформации на природата са опасни за съществуващите в момента видове, включително и за самия човек.

ЛЕКЦИЯ №5

ТЕМА: ОБЩИ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НА ДЕЙСТВИЕТО НА ФАКТОРИТЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА ВЪРХУ ОРГАНИЗМИТЕ

ПЛАН:

1. Кумулативно въздействие на факторите на околната среда.

2. Закон за минимума на Либих.

3. Закон на Шелфорд за ограничаващите фактори.

4. Реакцията на организмите към промените в нивото на факторите на околната среда.

5. Променливост.

6. Адаптация.

7. Екологична ниша на тялото.

7.1. Понятия и определения.

7.2. Специализирани и общи екологични ниши.

8. Екологични форми.

Факторите на средата са динамични, променливи във времето и пространството. топло времегодината редовно се заменя със студ, през деня се наблюдават колебания в температурата и влажността, денят следва нощта и т.н. Всичко това са естествени (естествени) промени във факторите на околната среда, но човек може да се намеси в тях. Антропогенно влияниевърху природната среда се проявява в промяна или в режимите на факторите на околната среда (абсолютни стойности или динамика), или в състава на факторите (например разработването, производството и използването на продукти за растителна защита, минерални торове и др. които преди не са съществували в природата).

1. Кумулативен въздействие на околната среда фактори

Факторите на околната среда влияят върху тялото едновременно и съвместно. Кумулативното въздействие на факторите - констелация, до известна степен взаимно променя характера на въздействието на всеки отделен фактор. Ефектът на влажността на въздуха върху възприемането на температурата от животните е добре проучен. С повишаване на влажността интензивността на изпаряване на влагата от повърхността на кожата намалява, което затруднява един от най-ефективните механизми за адаптиране към висока температура. Ниските температури също се понасят по-лесно в суха атмосфера, която има по-ниска топлопроводимост (по-добри топлоизолационни свойства). По този начин влажността на околната среда променя субективното възприемане на температурата при топлокръвните животни, включително хората.

IN комплексно действиефактори на околната среда на околната среда стойността на отделните фактори на околната среда не е еквивалентна. Сред тях има водещи (главни) и второстепенни фактори.

Водещи са тези фактори, които са необходими за живота, вторични - съществуващи или фонови фактори. Обикновено различните организми имат различни водещи фактори, дори ако организмите живеят на едно и също място. Освен това се наблюдава промяна на водещите фактори при прехода на организма към друг период от живота му. Така че, по време на периода на цъфтеж, водещ фактор за растението може да бъде светлината, а по време на периода на образуване на семена, влагата и хранителните вещества.

Понякога липсата на един фактор се компенсира частично от засилването на друг. Например в Арктика дългият светъл ден компенсира липсата на топлина.

2. Закон минимум Либих

Всеки жив организъм не се нуждае от температура, влажност, минерални и органични вещества или други фактори като цяло, а от техния специфичен режим. Реакцията на организма зависи от количеството (дозата) на фактора. В допълнение, живият организъм в естествени условия е изложен на много фактори на околната среда (както абиотични, така и биотични) едновременно. Растенията се нуждаят от значителни количества влага и хранителни вещества (азот, фосфор, калий) и в същото време относително "незначителни" количества елементи като бор и молибден.

Всеки вид животно или растение има ясна селективност за състава на храната: всяко растение се нуждае от определени минерални елементи. Всеки вид животно по свой начин е взискателно към качеството на храната. За да съществува и да се развива нормално, тялото трябва да разполага с целия набор от необходими фактори в оптимални режими и в достатъчни количества.

Фактът, че ограничаването на дозата (или липсата) на някое от необходимите за растението вещества, свързани както с макро-, така и с микроелементи, води до един и същ резултат - забавяне на растежа, е открит и изследван от един от основателите на селскостопанската химия немски химикЮстас фон Либих. Правилото, което той формулира през 1840 г., се нарича Законът на Либих за минимума: стойността на реколтата се определя от количеството в почвата на това на хранителните вещества, нуждата на растението от които е най-слабо задоволена.

В същото време J. Liebig нарисува цев с дупки, показвайки, че долната дупка в цевта определя нивото на течността в нея. Законът за минимума е валиден както за растенията, така и за животните, включително и за хората, които в определени ситуации трябва да използват минерална вода или витамини, за да компенсират липсата на каквито и да било елементи в организма.

Впоследствие бяха направени пояснения към закона на Либих. Важно изменение и допълнение е закон на двусмисленото(селективно) действие на фактора върху различни функции на тялото: всеки фактор на околната среда влияе различно върху функциите на тялото, оптимумът за някои процеси, като дишането, не е оптимумът за други, като храносмилането, и обратно.

E. Ryubel през 1930 г. е инсталиран закон (ефект) на компенсация (взаимозаменяемост) на факторите: липсата или липсата на някои фактори на околната среда може да се компенсира от друг близък (подобен) фактор.

Например, липсата на светлина може да бъде компенсирана от изобилие от въглероден диоксид за растението, а при изграждането на черупки от мекотели, липсващият калций може да бъде заменен със стронций.

Тези възможности обаче са изключително ограничени. През 1949 г. формулира закон за незаменимостта на фундаменталните фактори: пълната липса на основни фактори на околната среда (светлина, вода, хранителни вещества и др.) в околната среда не може да бъде заменена с други фактори.

Тази група уточнения на закона на Либих включва малко по-различен правило на фазовите реакции „полза- вреда": малките концентрации на токсикант действат върху организма в посока засилване на неговите функции (стимулирането им), докато по-високите концентрации потискат или дори водят до смъртта му.

Този токсикологичен модел е верен за много (напр. лечебни свойствамалки концентрации на змийска отрова), но не всички отровни вещества.

3. Закон ограничаващи фактори Шелфорд

Факторът на околната среда се усеща от организма не само при недостиг. Проблеми възникват и при излишък на някой от факторите на околната среда. От опит е известно, че при липса на вода в почвата, асимилацията на елементите от растението минерално храненетрудно, но излишъкът от вода води до подобни последици: възможна е смърт на корените, възникване на анаеробни процеси, подкиселяване на почвата и т.н. Жизнената активност на организма също е значително инхибирана при ниски стойности и с прекомерно излагане на такъв абиотичен фактор като температура.

Факторът на околната среда въздейства най-ефективно върху организма само при определена средна стойност, която е оптимална за дадения организъм. Колкото по-широки са границите на колебанията на всеки фактор, при които организмът може да остане жизнеспособен, толкова по-висока е стабилността, т.е. толерантността на даден организъм към съответния фактор (от латински tolerantia - търпение). По този начин, толерантност- това е способността на тялото да издържа на отклонения на факторите на околната среда от оптималните стойности за живота му.

Първото предположение за ограничаване (ограничаване)Влиянието на максималната стойност на фактора наравно с минималната стойност е изразено през 1913 г. от американския зоолог У. Шелфорд, който установява основния биологичен закон на толерантността: всеки жив организъм има определени, еволюционно наследени горни и долни граници на устойчивост (толерантност) към всеки фактор на околната среда.

Друга формулировка на закона на У. Шелфорд обяснява защо законът на толерантността се нарича едновременно закон на ограничаващите фактори: дори един фактор извън зоната на своя оптимум води до стресово състояние на организма и в крайна сметка до неговата смърт.

Следователно факторът на околната среда, чието ниво се доближава до всяка граница на диапазона на издръжливост на организма или надхвърля тази граница, се нарича ограничаващ фактор. Законът за толерантността се допълва от разпоредбите на американския еколог Y. Odum:

Организмите могат да имат широк диапазон на толерантност към един фактор на околната среда и нисък диапазон към друг;

Организмите с широк диапазон на толерантност към всички фактори на околната среда обикновено са най-често срещаните;

диапазонът на поносимост може да се стесни и по отношение на други фактори на околната среда, ако условията за един фактор на околната среда не са оптимални за организма;

Много фактори на околната среда стават ограничаващи (ограничаващи) през особено важни (критични) периоди от живота на организмите, особено през размножителния период.

Към тези разпоредби се присъединява и законът на Мичерлих-Бауле, наречен от А. Тиенеман закон за кумулативно действие: комбинация от фактори има най-силен ефект върху онези фази от развитието на организмите, които имат най-малка пластичност - минимална способност за адаптация.

4. Реакция организми На промени в нивото околната среда

фактори

Оптимално въздействие върху различни организмисъщият фактор може да има различни стойности. Така че някои растения предпочитат много влажна почва, докато други предпочитат относително суха почва. Някои животни харесват силна топлина, други я понасят по-добре. умерена температурасреди и др.

Освен това живите организми се разделят на такива, които могат да съществуват в широк или тесен диапазон от промени във всеки фактор на околната среда. Организмите се адаптират към всеки фактор на околната среда по относително независим начин. Един организъм може да бъде адаптиран към тесен диапазон от един фактор и широк диапазон към друг. За организма е важна не само амплитудата, но и скоростта на колебанията на един или друг фактор.

Ако влиянието на условията на околната среда не достигне граничните стойности, живите организми реагират на него с определени действия или промени в състоянието си, което в крайна сметка води до оцеляването на вида. Преодоляването на неблагоприятните ефекти от животните е възможно по два начина:

Като ги избягвате;

Чрез придобиване на издръжливост.

Първият метод се използва от животни, които имат достатъчна подвижност, благодарение на която мигрират, изграждат убежища и т.н.

Взискателността и толерантността към факторите на околната среда определят района на географско разпространение на индивидите от разглеждания вид, независимо от степента на постоянство на тяхното местообитание, т.е. обхвата на вида.

Реакцията на растенията се основава на развитието на адаптивни промени в тяхната структура и жизнени процеси. При ритмично повтарящи се климатични ситуации растенията и животните могат да се адаптират, като развият подходяща времева организация на жизнените процеси, в резултат на което те редуват периоди на активно функциониране на тялото с периоди на хибернация (няколко животни) или със състояние на почивка (растения).

5. Променливост

Променливост- едно от основните свойства на живите същества на различни нива на неговата организация. За всеки вид е важна променливостта на съставните му индивиди. Например хората се различават един от друг по височина, телосложение, цвят на очите и кожата и показват различни способности. Подобна вътрешноспецифична променливост е присъща на всички организми: слонове, мухи, дъбове, врабчета и др.

Индивидите от всеки вид се различават един от друг по външни и вътрешни характеристики. знак- всяка особеност на даден организъм като в неговата външен вид(размер, форма, цвят и т.н.) и в вътрешна структура. Устойчивост на болести, ниски или високи температури, способност за плуване, летене и така нататък са черти, много от които могат да бъдат променени или развити чрез обучение или обучение. Основното им свойство обаче е генетична, т.е. наследствена основа. Всеки организъм се ражда с набор от определени характеристики.

Проучванията показват, че наследствената основа на черти от всякакъв вид е кодирана в ДНК молекули, тоест в гените на даден организъм, чиято съвкупност се нарича неговия генотип. Генотипът на почти всички организми, включително хората, е представен не от един, а от два комплекта гени. Растежът на тялото е придружен от клетъчно делене, по време на което всяка нова клетка получава точно копие и на двата комплекта гени. Въпреки това, само един комплект от всеки от родителите се предава на следващото поколение и следователно възникват нови комбинации от гени при децата, които са различни от родителите. По този начин всички потомци и, следователно, индивиди от един вид (с изключение на еднояйчните близнаци) се различават по своите генотипове.

Генетичната изменчивост е в основата на наследствената изменчивост на признаците. Друг източник на наследствена вариация е ДНК мутация, засягаща всеки ген или група от гени.

Разликите, произтичащи от обучение, обучение или просто травма, са развитие на някаква вродена черта, но не променят нейната генетична основа.

Ако наследствената променливост при половото размножаване е неизбежна, то при асексуалното размножаване на индивиди, т.е. при клониране, се наблюдава различна картина. Така при рязане на растения се появява нов организъм в резултат на просто клетъчно делене, придружено от точно копиране на родителската ДНК. Следователно всички индивиди от клонинга (с изключение на мутантите) са генетично идентични. Генофонд - съвкупност от генни проби на всички индивиди от определена група организми от един и същи вид. Генофондът на вида е нестабилен, той може да се променя от поколение на поколение. Ако индивиди с редки черти не се възпроизвеждат, тогава част от генофонда се намалява.

В природата генофондът на даден вид непрекъснато се променя чрез естествения подбор, който е в основата на еволюционния процес. Всяко поколение е подложено на селекция за оцеляване и възпроизводство, следователно почти всички признаци на организми в една или друга степен служат за оцеляването и възпроизводството на вида.

Генофондът обаче може да се променя целенасочено с помощта на изкуствен подбор. Съвременни породи и сортове домашни любимци култивирани растениябяха извадени от диви предциточно. Също така е възможно да се намеси в генофонда при кръстосване на близкородствени видове (нетяснородствените видове не дават потомство). Този метод се нарича хибридизация, а потомството се нарича хибрид.

Последните постижения в науката са свързани с развитието на технологията на генното инженерство, която се състои в получаване на специфични гени (ДНК сегменти) от един вид и директното им въвеждане в друг вид без кръстосване. Това позволява хибридизация на всеки вид, не само на близкородствени, и следователно предизвиква сериозни спорове поради непредсказуемостта на крайните резултати от такава радикална намеса в генофондите на живите същества.

6. Адаптация

Животните и растенията са принудени да се адаптират към много фактори на постоянно променящите се условия на живот. Динамичността на факторите на околната среда във времето и пространството зависи от астрономически, хелиоклиматични, геоложки процеси, които играят контролираща роля по отношение на живите организми.

Характеристиките, които допринасят за оцеляването на даден организъм, постепенно се засилват от естествения подбор, докато се достигне максималната адаптивност към съществуващите условия. Адаптацията може да възникне на ниво клетки, тъкани и дори целия организъм, засягайки формата, размера, съотношението на органите и т.н. Организмите в процеса на еволюция и естествен подбор развиват наследствено фиксирани характеристики, които осигуряват нормален живот в променени условия на околната среда , т.е. настъпва адаптация.

Адаптация- приспособяването на организмите (и видовете) към околната среда е основно свойство на живата природа. Местообитанието на всяко живо същество, от една страна, се променя бавно и стабилно през живота на много поколения от съответния биологичен вид, а от друга страна, налага на тялото различни изисквания, които се променят за кратки периоди на индивидуално живот. Следователно има три нива на процеса на адаптация.

Генетично ниво. Това ниво осигурява адаптирането и запазването на жизнеспособността на вида в поколенията въз основа на свойството генетична изменчивост.

Дълбоки метаболитни промени. Адаптирането към сезонните и годишни природни цикли се осъществява с помощта на дълбоки промени в метаболизма. При животните неврохуморалните механизми играят централна роля в тези процеси, например подготовка за размножителния сезон или за хибернация„включва се” от нервни стимули, но се осъществява поради промени в хормоналния статус на организма. В растенията сезонните и други дългосрочни промени се осигуряват от работата на фитохормони и растежни фактори.

Бързи промени в отговор на краткосрочни отклонения на факторите на околната среда.При животните те се осъществяват от различни нервни механизми, водещи до промяна в поведението и бърза обратима трансформация на метаболизма. При растенията реакциите на промени в светлината са пример за бърза промяна.

Практически всички закономерности, характерни за живите същества, имат адаптивна стойност. В хода на естествения подбор видовете се трансформират и се адаптират по-добре към техните местообитания. Например, жирафите постепенно са се приспособили да ядат листа от върховете на дърветата. С увеличаване на адаптивността на организмите към местообитанието, скоростта на тяхната промяна намалява.

В случай на връзка хищник-жертва естествен подборзасяга преди всичко гените, които позволяват най-ефективното избягване на врага, а при хищниците - гените, които повишават ловните му способности. Това важи за всички биотични взаимодействия. Организмите, които по някаква причина са загубили способността си да се адаптират, са обречени на изчезване.

И така, с промяна в условията на съществуване (отклонение на стойността на един или повече фактори на околната среда извън границите на нормалните колебания), някои видове се адаптират и трансформират, докато други видове изчезват. Зависи от редица обстоятелства. Основното условие за адаптация е оцеляването и възпроизводството на поне няколко индивида в нови условия, което е свързано с генетичното разнообразие на генофонда и степента на промяна на околната среда. При по-разнообразен генофонд, дори в случай на силни промени в околната среда, някои индивиди ще могат да оцелеят, докато при ниско разнообразие на генофонда дори незначителни колебания във факторите на околната среда могат да доведат до изчезване на вида.

Ако промените в условията са фини или се случват постепенно, тогава повечето видове могат да се адаптират и да оцелеят. Колкото по-рязка е промяната, толкова по-голямо разнообразие на генофонда е необходимо за оцеляването. В случай на катастрофални промени (напр. ядрена война), може би нито един вид няма да оцелее. Най-важният екологичен принцип гласи, че оцеляването на даден вид се осигурява от неговото генетично разнообразие и слаби колебания във факторите на околната среда.

В допълнение към генетичното разнообразие и промяната на околната среда може да се добави още един фактор - географското разпространение. Колкото по-разпространен е видът ( повече обхватвидове), толкова по-генетично разнообразен е той и обратно. Освен това, при обширно географско разпространение, някои части от ареала могат да бъдат премахнати или изолирани от райони, където условията на съществуване са били нарушени. В тези райони видът продължава, дори ако изчезне от други места.

Ако някои от индивидите са оцелели в новите условия, тогава по-нататъшната адаптация и възстановяването на броя зависи от скоростта на възпроизвеждане, тъй като промяната в чертите се извършва само чрез селекция във всяко поколение. Например двойка насекоми има стотици потомци, които преминават през жизнен цикъл на развитие за няколко седмици. Следователно техният процент на възпроизводство е хиляда пъти по-висок от този на птиците, които хранят само 2-6 пилета годишно, което означава, че същото ниво на адаптивност към новите условия ще се развие толкова пъти по-бързо. Ето защо насекомите бързо се адаптират и придобиват устойчивост към всички видове "препарати за растителна защита", докато др диви видовеумират от тези лечения.

Важно е да се отбележи, че пестицидите сами по себе си не причиняват полезни мутации. Промяната се случва на случаен принцип. Адаптивните черти се развиват поради вече съществуващото наследствено разнообразие в генофонда на вида. Размерът на тялото също има значение. Мухите могат да съществуват дори в кофа за боклук, а големите животни се нуждаят от огромни територии, за да оцелеят.

Адаптацията има следните характеристики:

Адаптирането към един фактор на околната среда, например висока влажност, не дава на организма същата адаптивност към други условия на околната среда (температура и др.). Този модел се нарича законът за относителната независимост на адаптацията: високата адаптивност към един от факторите на околната среда не дава същата степен на адаптация към други условия на живот.

Всеки вид организми в постоянно променящата се среда на живот се адаптира по свой начин. Това се изразява чрез формулираната през 1924г. правило за екологична идентичност: всеки вид е специфичен по отношение на възможностите за екологична адаптация; няма два идентични вида.

Правилото за съответствие на условията на околната среда с генетичната предопределеност на организма гласи: един вид организми може да съществува, докато и доколкото неговата среда отговаря на генетичните възможности за адаптиране към нейните флуктуации и промени.

Изборе процес на промяна на генофонда на вече съществуващ вид. Нито човек, нито съвременна природате не могат да създадат нов генофонд или нов вид от нищото, от нулата. Променя се само това, което вече е там.

7. Екологичен ниша организъм

7.1. Концепции И дефиниции

Всеки жив организъм е адаптиран (адаптиран) към определени условия на околната среда. Промяната на нейните параметри, излизането им извън определени граници потиска жизнената дейност на организмите и може да причини тяхната смърт. Изискванията на този или онзи организъм към екологичните фактори на околната среда определят обхвата (границите на разпространение) на вида, към който принадлежи организмът, и в рамките на обхвата - специфични местообитания.

среда на живот- пространствено ограничен набор от условия на околната среда (абиотични и биотични), осигуряващи целия цикъл на развитие и възпроизводство на индивиди (или групи от индивиди) от един и същи вид. Това, например, е жив плет, езерце, горичка, скалист бряг и т.н. В същото време в местообитанието могат да се разграничат места със специални условия (например под кората на гниещ ствол на дърво в горичка), в някои случаи наричани микрообитания.

За общата характеристика на физическото пространство, заето от организмите на даден вид, тяхната функционална роля в биотичното местообитание, включително начина на хранене (трофичен статус), начина на живот и взаимоотношенията с други видове, американският учен Дж. Гринел въвежда термина " екологична ниша” през 1928г. Съвременното му определение е следното.

екологична нишае колекцията:

Всички изисквания на организма към условията на околната среда (състав и режими на факторите на околната среда) и мястото, където тези изисквания са изпълнени;

Общ комплект биологични характеристикии физически параметри на околната среда, които определят условията за съществуване на определен вид, неговата трансформация на енергия, обмен на информация с околната среда и себеподобните.

По този начин екологичната ниша характеризира степента на биологична специализация на вида. Може да се твърди, че местообитанието на даден организъм е неговият „адрес“, докато екологичната ниша е неговото „занимание“, „начин на живот“ или „професия“.

Подчертава се екологичната специфика на вида аксиома за екологична адаптивност: всеки вид е приспособен към строго определена, специфична съвкупност от условия за своето съществуване – екологична ниша.

Тъй като видовете организми са екологично индивидуални, те имат и специфични екологични ниши.

Така на Земята има толкова видове живи организми, колкото и екологични ниши.

Организмите, които водят подобен начин на живот, като правило не живеят на едни и същи места поради междуспецифична конкуренция. Според съветския биолог (1910-1986) създадена през 1934г принцип на конкурентно взаимно изключване: два вида не заемат една и съща екологична ниша.

Работи и в природата правило за задължение за запълване на екологични ниши: една празна екологична ниша винаги и със сигурност ще бъде запълнена.

Народната мъдрост формулира тези два постулата по следния начин: „Две мечки не могат да се разберат в едно леговище“ и „Природата не търпи празнота“.

Тези систематични наблюдения се реализират при формирането на биотични съобщества и биоценози. Екологичните ниши винаги се запълват, но това понякога отнема значително време. Общият израз „свободна екологична ниша“ означава, че на определено място има слаба конкуренция за всеки вид храна и има недостатъчно използван набор от други условия за определен вид, включен в подобни природни системи, но липсва в разглеждания.

Особено важно е да се вземе предвид естествени моделикогато се опитвате да се намесите в съществуваща (или преобладаваща на определено място) ситуация, за да създадете по-благоприятни условия за дадено лице. И така, биолозите са доказали следното: в градовете, с увеличаване на замърсяването на територията с хранителни отпадъци, броят на гарваните се увеличава. Когато се опитва да подобри ситуацията, например чрез физическото им унищожаване, населението може да се сблъска с факта, че екологичната ниша в градската среда, освободена от гарвани, бързо ще бъде заета от вид, който има близка екологична ниша, а именно плъхове. Подобен резултат едва ли може да се счита за победа.

7.2. Специализирани и са често срещаниекологиченниши

Екологичните ниши на всички живи организми са разделени на специализирани и общи. Това разделение зависи от основните хранителни източници на съответния вид, размера на местообитанието и чувствителността към абиотичните фактори на средата.

Специализирани ниши. Повечето растителни и животински видове са адаптирани да съществуват само в тесен диапазон климатични условияи други характеристики на околната среда, се хранят с ограничен набор от растения или животни. Такива видове имат специализирана ниша, която определя тяхното местообитание в естествената среда.

И така, гигантската панда има силно специализирана ниша, тъй като се храни с 99% от листа и бамбукови издънки. Масовото унищожаване на някои видове бамбук в районите на Китай, където е живяла пандата, доведе това животно до изчезване.

Разнообразието от видове и форми на флората и фауната, които съществуват в тропическите дъждовни гори, се свързва с наличието там на редица специализирани екологични ниши във всеки от ясно дефинираните слоеве на горската растителност. Следователно интензивното обезлесяване на тези гори е причинило изчезването на милиони специализирани растителни и животински видове.

Общи ниши. Видовете с общи ниши се характеризират с лесна адаптивност към промените във факторите на околната среда. Те могат успешно да съществуват на различни места, да се хранят с различни храни и да издържат на резки колебания. природни условия. Мухи, хлебарки, мишки, плъхове, хора и др. имат общи екологични ниши.

За видовете, които имат общи екологични ниши, има значително по-малка заплаха от изчезване, отколкото за тези със специализирани ниши.

8. Екологични форми

Природната среда формира фенотипа на организмите – съвкупност от морфологични, физиологични и поведенчески характеристики. Видовете, живеещи в подобни условия (с подобен набор от фактори на околната среда), имат сходна годност за тези условия, дори ако принадлежат към различни категории в класификацията на животното и флора. Екологията взема това предвид, като класифицира организмите в различни екологични (жизнени) форми. В същото време жизнената форма на вида се нарича съществуващият комплекс от неговите биологични, физиологични и морфологични свойства, които определят определена реакция към влиянията на околната среда. Има много класификации на организмите според формите на живот. Така например се разграничават геобионти - обитатели на почвата, дендробионти - свързани с дървесни растения, хортобионти - обитатели на тревната покривка и много други.

Хидробионти- жители водна средаОбичайно е да се разделят на такива екологични форми като бентос, перифитон, планктон, нектон, неустон.

Бентос(от гръцки benthos - дълбочина) - бентосни организми, водещи прикрепен или свободен начин на живот, включително тези, които живеят в долния седиментен слой. Предимно това са мекотели, някои по-ниски растения, пълзящи ларви на насекоми.

Перифитон- животни и растения, прикрепени към стъблата на висши растения и издигащи се над дъното.

Планктон(от гръцки plagktos - реещ се) - плаващи организми, способни да извършват вертикални и хоризонтални движения главно в съответствие с движението на масите на водната среда. Прието е да се прави разлика между фитопланктон, който е производител, и зоопланктон, който е консуматор и се храни с фитопланктон.

Нектон(от гръцки nektos - плаващ) - свободно и самостоятелно плаващи организми - предимно риби, земноводни, големи водни насекоми, ракообразни.

Neuston- набор от морски и сладководни организми, които живеят близо до повърхността на водата; например ларви на комари, водни крачки, от растения - водна леща и др.

Екологичната форма е отражение на адаптивността на голямо разнообразие от организми към отделни фактори на околната среда, които са ограничаващи в процеса на еволюцията. По този начин разделянето на растенията на хигрофити (влаголюбиви), мезофити (средни изисквания към влага) и ксерофити (сухолюбиви) отразява тяхната реакция към специфичен фактор на околната среда - влага. В същото време ксерофитните растения представляват една екологична форма с животни и ксеробионти, тъй като и двете живеят в пустини и имат специфични адаптации, които предотвратяват загубата на влага (например получаване на вода от мазнини).

контрол въпроси И задачи

1. Какви закони на общото действие на факторите на околната среда познавате?

2. Как се формулира законът за минимума? Какви са уточненията към него?

3. Формулирайте закона за толерантността. Кой установи този модел?

4. Дайте примери за използването на законите за минимума и толерантността на практика.

5. Какви механизми ще позволят на живите организми да компенсират ефекта от факторите на околната среда?

6. Каква е разликата между местообитание и екологична ниша?

7. Каква е формата на живот на организмите? Какво е значението на формите на живот за адаптирането на организмите?

Факторите на средата са динамични, променливи във времето и пространството. Топлият сезон редовно се заменя със студ, през деня се наблюдават колебания в температурата и влажността, денят следва нощта и т.н. Всичко това са естествени (естествени) промени във факторите на околната среда. Също така, както бе споменато по-горе, човек може да се намеси в тях, като промени или режимите на факторите на околната среда (абсолютни стойности или динамика), или техния състав (например чрез разработване, производство и използване на продукти за растителна защита, които преди това не са съществували в природа, минерални торове и др.).

Въпреки многообразието на факторите на околната среда, различното естество на техния произход, тяхната променливост във времето и пространството, е възможно да се разграничат общи моделивъздействието им върху живите организми.

Концепцията за оптимума. Законът за минимума на Либих

Всеки организъм, всяка екосистема се развива при определена комбинация от фактори: влага, светлина, топлина, наличие и състав на хранителни ресурси. Всички фактори действат върху тялото едновременно. Реакцията на организма зависи не толкова от самия фактор, колкото от неговото количество (доза). За всеки организъм, популация, екосистема има набор от условия на околната среда - диапазон на стабилност, в рамките на който протича животът на обектите ( Фиг.2).

Фиг.2.

В процеса на еволюция организмите са формирали определени изисквания към условията на средата. Дозите на факторите, при които организмът постига най-добро развитие и максимална продуктивност, съответстват на оптималните условия. При промяна на тази доза в посока на намаляване или увеличаване, организмът се инхибира и колкото по-силно е отклонението на стойностите на факторите от оптималните, толкова по-голямо е намаляването на жизнеспособността, чак до неговата смърт. Условията, при които жизнената активност е максимално потисната, но организмът все още съществува, се наричат ​​песимални. Например на юг ограничаващият фактор е наличието на влага. Така в Южното Приморие оптималните условия за растеж на горите са характерни за северните склонове на планините в средната им част, а песималните условия са характерни за сухите южни склонове с изпъкнала повърхност.

Фактът, че ограничаването на дозата (или липсата) на някое от необходимите за растението вещества, свързани както с макро, така и с микроелементи, води до един и същ резултат - забавяне на растежа и развитието, е открит и изследван от немския химик Юстас фон Либих. Правилото, формулирано от него през 1840 г., се нарича закон на минимума на Либих: най-голямо влияниеиздръжливостта на растенията се влияе от онези фактори, които са минимални в дадено местообитание.2 В същото време J. Liebig, провеждайки експерименти с минерални торове, нарисува буре с дупки, което показва, че долният отвор в бурето определя нивото на течността в него.

Законът за минимума е верен както за растенията, така и за животните, включително и за човека, който определени ситуациитрябва да използвате минерална вода или витамини, за да компенсирате липсата на каквито и да е елементи в тялото.

Фактор, чието ниво е близко до границите на издръжливост на даден организъм, се нарича ограничаващ (ограничаващ). И именно към този фактор тялото се адаптира (произвежда адаптации) на първо място. Например, нормалното оцеляване на елена в Primorye се извършва само в дъбови гори по южните склонове, т.к. тук дебелината на снега е незначителна и осигурява на елените достатъчна хранителна база за зимния период. Ограничаващият фактор за елените е дълбокият сняг.

Впоследствие бяха направени пояснения към закона на Либих. Важно изменение и допълнение е законът за нееднозначния (селективен) ефект на даден фактор върху различни функции на тялото: всеки фактор на околната среда засяга функциите на тялото по различен начин, оптимумът за някои процеси, като дишането, не е оптимумът за други, като храносмилането, и обратно.

E. Rubel през 1930 г. установява закона (ефекта) на компенсацията (взаимозаменяемостта) на факторите: липсата или липсата на някои фактори на околната среда може да бъде компенсирана от друг близък (подобен) фактор.

Например, липсата на светлина може да бъде компенсирана от изобилие от въглероден диоксид за растението, а при изграждането на черупки от мекотели, липсващият калций може да бъде заменен със стронций. Компенсаторните възможности на факторите обаче са ограничени. Никой фактор не може да бъде напълно заменен с друг и ако стойността на поне един от тях надхвърли горната или долната граница на издръжливостта на организма, съществуването на последния става невъзможно, независимо колко благоприятни са другите фактори.

През 1949 г. V.R. Уилямс формулира закона за незаменимостта на фундаменталните фактори: пълното отсъствие на фундаментални фактори на околната среда (светлина, вода и т.н.) в околната среда не може да бъде заменено с други фактори.

Тази група уточнения на закона на Либих включва правило за фазови реакции "полза-вреда", което е малко по-различно от другите: ниските концентрации на токсично вещество действат върху тялото в посока на подобряване на неговите функции (стимулиране), докато по-високите концентрации инхибират или дори да доведе до смъртта му.

Този токсикологичен модел е верен за много (например, известни са лечебните свойства на малки концентрации на змийска отрова), но не за всички отровни вещества.