Общие законы действия факторов среды на организмы

Вспомните

• какие основные среды жизни существуют на Земле;

• что понимают под экологическими факторами среды.

Многие экологические «беды» возникают из-за неосознанного нарушения человеком самых элементарных природных законов. Эти законы отражают разнообразные стороны действия факторов среды на организмы. Факторов среды – великое множество, и представители разных видов реагируют на них по-разному, однако можно выявить ряд общих законов действия факторов среды на организмы.

Закон оптимума (лат. optimum – «наилучшее») отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Есть определённые границы действия каждого фактора, в пределах которых жизнеспособность организмов возрастает. Это зона оптимума. При отклонениях силы воздействия фактора от данной зоны в сторону уменьшения или увеличения жизнеспособность организмов падает. Это зоны угнетения, или пессимума (лат. pessimus – «очень плохой»). Если действие фактора выходит за определённые, минимально или максимально возможные для вида пределы, организмы погибают. Губительное значение фактора называют критической точкой.

Закон оптимума имеет большое практическое значение. Нет всецело положительных или отрицательных факторов, всё зависит от их дозировки. Формы влияния среды на организмы имеют сугубо количественное выражение. Чтобы управлять жизнедеятельностью вида, следует прежде всего не допускать выхода различных экологических факторов за их критические значения и стараться выдерживать зону оптимума. Это очень важно для растениеводства, животноводства, лесного хозяйства и вообще всех областей взаимоотношений человека с живой природой. Это же правило относится и к самому человеку, особенно в области медицины.

Использование закона оптимума осложняется тем, что для каждого вида оптимальные дозировки факторов различны. То, что хорошо для одного вида, может быть пессимумом или выходить за критические пределы для другого. Например, при температуре 20⁰С тропическая обезьяна дрожит от холода, а северный обитатель – песец – изнывает от жары. Бабочки зимней пяденицы ещё порхают в ноябре (при температуре 6⁰С) когда большинство других насекомых впадают в оцепенение. Рис выращивают на полях, залитых водой, а пшеница в таких условиях вымокает и погибает.

Это свидетельствует о том, что в природе нет двух видов с полным совпадением оптимума, минимума и критических точек по отношению к набору факторов среды. В природе есть виды с узким диапазоном активности жизнедеятельности по отношению к экологическому фактору, например к яркости света. Одни виды характеризуются как светолюбивые, другие, наоборот, – тенелюбивые, но есть и теневыносливые. Они могут жить и в условиях яркого света, и при большом затенении.

Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому.

Закон ограничивающего фактора тесно связан с законом оптимума и вытекает из него. В окружающей среде нет всецело отрицательных или положительных факторов: всё зависит от силы их действия. На живые существа одновременно действует множество факторов, и к тому же большинство из них переменчиво. Но в каждый конкретный период времени можно выделить самый главный фактор, от которого в наибольшей мере зависит жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума, т. е. ограничивает жизнедеятельность организмов в данный период.

Любой фактор, влияющий на организмы, может стать либо оптимальным, либо ограничивающим в зависимости от силы своего воздействия.

Результат влияния любого экологического фактора на жизнедеятельность организмов во многом зависит от того, в какой комбинации и с какой силой действуют в данный момент другие факторы.

Так, каждый знает, что переносить мороз в безветренную погоду значительно легче, чем при сильном ветре. Влияние 30-градусной жары значительно сильнее при высокой влажности воздуха, чем в сухую погоду, и т. д. Поэтому, если нет возможности изменить ограничивающий фактор, часто можно добиться смягчения его действия, изменяя другие. В сельском хозяйстве эти приёмы входят в нормы агротехники. Например, добавочное рыхление почвы снижает испарение почвенной влаги, так как нарушает сеть мелких пор, из которых испаряется вода.

Полностью заменить один фактор другим нельзя. Но нередко при комплексном воздействии факторов можно видеть эффект замещения. Например, свет не может быть заменён избытком тепла или углекислого газа, но, действуя изменениями температуры, можно усилить фотосинтез у растений. Однако это не замещение одного фактора другим, а проявление сходного биологического эффекта, вызванного изменениями количественных показателей совместного действия факторов. Это явление широко используется в сельском хозяйстве. Например, в теплицах для получения продукции создают повышенное содержание углекислого газа и влаги в воздухе, подогрев и тем отчасти компенсируют нехватку света в осеннее и зимнее время.

Периодичность в жизни организмов. В действии экологических факторов на планете наблюдается периодичность, связанная со временем суток, сезонами года, морскими приливами и фазами Луны. Эта периодичность обусловлена космическими причинами – движением Земли вокруг своей оси, вокруг Солнца и взаимодействием с Луной. Жизнь на Земле приспособлена к этой постоянно существующей ритмике, что проявляется в изменениях состояния и поведения организмов.

Вегетация растений, листопад, зимний покой, размножение животных, их миграции, спячки, нагуливание жира – примеры явлений, обусловленных сезоном года. Сменой дня и ночи вызываются изменения активности у животных, скорость фотосинтеза у растений и т. п.

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается не только в непосредственной реакции на изменение ряда факторов, но и в наследственно закреплённых внутренних суточных и сезонных ритмах.

Внутренние сезонные ритмы перестраиваются с большим трудом и зачастую лишь через несколько поколений. Например, животные Южного полушария, перевезённые в наши зоопарки, размножаются обычно осенью, под зиму, когда на их родине весна.

В сезонных перестройках жизнедеятельности у большинства видов важное значение имеет длина светового дня, т. е. соотношение светлого и тёмного периодов суток. Реакцию организмов на изменение длины дня называют фотопериодизмом (греч. photos – «свет» и periodos – «круговорот», «чередование»).

Длина светового дня является единственным точным сигналом приближения зимы или весны, т. е. изменения всего комплекса факторов внешней среды. Погодные же условия обманчивы. Поэтому растения, например, реагируя на длину дня, не распускают листву в зимние оттепели и не переходят к листопаду при краткосрочных летних заморозках. Зацветают растения тоже при определённой длине дня. Цветение растений является одним из проявлений фотопериодизма. С этим часто сталкиваются растениеводы. У растений важно различать короткодневные и длиннодневные виды или сорта. длиннодневные растения распространены в основном в умеренных и приполярных широтах, а короткодневные – в областях ближе к экватору.

Способность воспринимать длину дня и реагировать на неё особенно широко проявляется в животном мире. У животных фотопериодизм контролирует плодовитость, сроки брачного периода, миграции, переход к зимней спячке.

В явлениях фотопериодизма выражается не непосредственное действие фактора освещённости на организмы, а его сигнальное значение. Соотношение светлого и тёмного периодов суток в разные сезоны года как сигнальный фактор предупреждает о предстоящих изменениях в природе, подготовка к которым требует времени. Поэтому необходимые физиологические перестройки у животных и растений успевают совершиться заранее.

1. Что такое сигнальный фактор? Чем он отличается от других абиотических факторов среды?

2. Относится ли закон оптимума к ядам и лекарствам, действующим на организм человека?

3. Замените выделенные слова утверждений термином.

• Способность воспринимать длину дня и реагировать на неё – явление, широко распространённое в растительном и животном мире.

• Определённые границы действия каждого фактора – это пределы, в которых жизнеспособность организма реализуется лучше.

4. Укажите, какой вид вашей деятельности в природе мог бы служить примером антропогенного фактора.