Среда обитания. Среда, в которой существуют организмы, оказывает на них регулирующее действие

Среда, в которой существуют организмы, оказывает на них регулирующее действие. Природные условия в различных районах планеты могут существенно различаться. В то же время жизнь обладает удивительным свойством адаптироваться к изменениям окружающей среды. И эти адаптации даже в удаленных и не связанных друг с другом районах, но с аналогичными условиями среды оказываются удивительно похожими, в результате чего там развиваются похожие формы жизни.

Среда обитания – это совокупность внешних природных условий и явлений, в которые погружены живые организмы и с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии.

В биоэкологии речь обычно идет о природной среде, не измененной человеком. В прикладной (социальной) экологии говорят об окружающей среде, в которую вносит изменения человек.

Отдельные элементы среды обитания, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются экологическими факторами, или факторами среды. Среди факторов среды выделяют обычно три группы факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т.п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно (свет или тепло), так и косвенно, например, рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света, ветра, увлажнения и пр.

Биотическими факторами среды называется совокупность влияний одних организмов на другие. Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, являться средой их обитания и т.п. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов, например, в изменении состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.п.

Антропогенными факторами среды называют совокупность влияний человека на живые организмы. Это влияние также может быть прямым, например, когда человек вырубает лес или отстреливает животных, или косвенным при воздействии человека на абиотические и биотические факторы среды, например, изменение состава атмосферы, почвы, гидросферы или изменение структуры экосистем.

Существование любого организма зависит от целого комплекса факторов. При этом удается выделить ряд закономерностей, общих для самых различных частных случаев.

1.9.1. Закономерности действия экологических факторов

Закон минимума Либиха (1873): выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

То есть жизненные возможности организма ограничиваются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимому для данного организма минимуму. Дальнейшее снижение этих факторов ведет к гибели организма.

Закон равнозначности всех условий жизни: все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль, любой фактор может ограничивать возможность существования организма.

Однако не только снижение интенсивности действия какого-либо фактора, но и превышение сверх допустимых пределов может оказывать лимитирующее воздействие на организмы. Например, эффективность фотосинтеза, как известно, определяется количеством света, падающего на поверхность зеленого листа. Излишнее затенение может привести к подавлению жизнедеятельности растения и даже к его гибели. Это способствует возникновению теневыносливых видов растений. Однако, если увеличить поток света, например для получения большего урожая теневыносливых растений, то эффективность фотосинтеза у них падает. Оптимальные пределы величины светового потока имеют практически все растения.

Закон лимитирующих (ограничивающих) факторов (закон Ф. Блехмана (1909): фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы даже в случае оптимальных сочетаний других факторов.

Закон оптимума: каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организм.

В соответствии с законами лимитирующих факторов и оптимума для каждого фактора по отношению к конкретному виду организмов можно вычертить диаграмму степени благоприятности данного фактора на организмы в зависимости от силы действия этого фактора, которую называют кривой толерантности (выносливости) (рис.1.22). Почти всегда эта диаграмма имеет вид перевернутого колокола. На ней можно отметить критические точки, определяющие пределы выносливости (толерантности, от латинского слова толеранция - терпение) данного вида организмов по отношению к рассматриваемому фактору (поэтому данная диаграмма и называется кривой толерантности). Выход за эти пределы ведет к массовой гибели организмов. Зона вблизи максимума кривой называется зоной оптимальных условий (оптимума). В этих пределах обычно наблюдается максимальная плотность популяции. За пределами этой зоны между критическими точками находятся зоны угнетения (стресса), в которых организмы находятся в состоянии стресса.

Закон толерантности В. Шелфорда (1913): ограничивающим фактором жизни организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.

Закон лимитирующих факторов имеет одно существенное ограничение, связанное с взаимодействием различных факторов.

Закон компенсации факторов Э. Рюбеля (1930): отсутствие или недостаток некоторых факторов может быть компенсирован другим близким фактором. В более общей формулировке он звучит следующим образом: одни факторы могут усиливать или смягчать действие других факторов, но не полностью заменять их (факторы не взаимозаменяемы). Например, недостаток света может в какой-то мере смягчаться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе.

Рис. 1.22. Кривая толерантности

Именно лимитирующие факторы определяют обычно границы распространения видов (популяций), то есть их ареалы, от них зависит продуктивность сообществ, численность особей и многие другие параметры жизни.

1.9.2. Эврибионты и стенобионты

Кривые толерантности для разных факторов могут иметь более широкую или более узкую форму, соответственно различаются и пределы толерантности организма по отношению к разным факторам. Организмы с широким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются эврибионтами ( от греческих слов эури - широкий и биос - жизнь). Организмы с узким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются стенобионтами (от греческих слов стенос - узкий). Один и тот же организм может быть стенобионтом по отношению к одним факторам и эврибионтом по отношению к другим.

ª Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под средой обитания?

2. Что такое факторы среды?

3. Какие группы факторов среды можно выделить?

4. Какие факторы среды называют абиотическими, биотическими, антропогенными? Приведите примеры каждого фактора.

5. Приведите классификацию факторов по направленности действия. К каким из этих факторов организмы лучше всего приспособлены?

6. К каким видам экологических факторов относятся рельеф местности, свет, тепло, полог леса, вырубка леса, отстрел животных? Каково влияние данных видов факторов на экосистемы?

7. Сформулируйте правило оптимума, законы взаимодействующих факторов, лимитирующих факторов.

8. Что такое толерантность (выносливость) организмов?

9. Что такое кривая толерантности?

10. Какие организмы преобладают при изменениях среды обитания и в стабильных условиях? Объясните почему.

1.9.3. Адаптация к факторам среды

Следует различать выносливость организма и его способность к адаптации. Выносливость (толерантность) – способность организмов выдерживать изменения условий жизни, т.е. это свойство, обеспечиваемое функциональными и структурными особенностями, теми резервами, которые у организма имеются. Адаптация – способность приспосабливаться к новым условиям, т.е. изменение организмом своей внутренней структуры или поведения.

Жизнь развивается в тесном взаимодействии и единстве среды и населяющих ее организмов согласно противонаправленно действующим законам экологического соответствия, максимального давления жизни и максимального давления жизни на среду.

Принцип экологического соответствия ( В.И. Вернадский): форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни.

Это соответствие закрепляется генетическими механизмами, поэтому каждый вид организмов может существовать только до тех пор, пока окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Если эта среда изменяется, то организмы вынуждены либо мигрировать в поисках подходящей среды обитания, либо адаптироваться к новой среде, либо погибнуть.

Закон давления среды на жизнь, или закон ограниченного роста (Ч. Дарвин) (более известен как закон естественного отбора): несмотря на то, что организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число, имеются ограничения, не допускающие этого явления, проявляющиеся в виде действия на организмы факторов среды. Вовсе не сильнейший выживает в естественном отборе, а тот, кто наиболее адаптирован к факторам среды.

Принцип максимального давления жизни (В.И. Вернадский): любой вид организмов, стремясь к экологической экспансии, постоянно увеличивает свое давление на среду, изменяя ее в целях достижения более оптимальных для себя значений факторов среды.

Давление это растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами, то есть действием биотических или абиотических факторов среды. Если этого действия недостаточно и давление продолжает расти, то может произойти эволюционно-экологическая катастрофа. Она проявляется в разрушении обратных связей, регулирующих деятельность вида в составе экосистемы, и, как следствие, к разрушению видом собственной среды обитания. В этом случае вид вымирает или мигрирует, а биоценоз экосистемы подвергается качественной перестройке.

Постоянное давление жизни на среду вместе с лимитирующим давлением среды на жизнь приводит к возникновению динамического равновесия, в котором происходит взаимозависимое прогрессивное движение, называемое эволюцией.

ª Вопросы для самопроверки

1. Дайте определения принципов экологического соответствия и закона ограниченного роста, принципа максимального давления жизни.

2. Как регулируется численность организмов в экосистемах?

1.9.4. Классификация факторов среды по направленности действия

По степени направленности действия факторы среды обитания можно классифицировать следующим образом:

1. Периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2. Повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

3. Факторы однонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4. Случайные и неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастую встречаются впервые.

Наилучшим образом живым организмам удается приспособиться к периодическим и однонаправленным факторам, характеризующимся определенностью действий. Частным случаем таких адаптаций к повторяющимся факторам является, например, фотопериодизм - это реакция организма на длину светового дня в умеренных и полярных зонах, которая воспринимается как сигнал для смены фаз развития или поведения организмов.

Примерами фотопериодизма являются такие явления, как листопад, линька животных, перелеты птиц и т.п. Применительно к растениям выделяют обычно растения короткого дня, существующие в южных широтах, где при длительном вегетационном периоде день относительно короткий, и растения длинного дня, характерные для северных широт, где при коротком периоде вегетации день длиннее.

Другим примером адаптации к периодичности природных явлений может служить суточная ритмика. Например, у животных при смене дня и ночи меняется интенсивность дыхания, частота сердцебиений и т.д. К примеру, серые крысы более лабильны по суточной ритмике, чем черные, поэтому они легче осваивают новые территории, освоив уже практически весь земной шар.

Еще одним примером является сезонная активность. Это не обязательно смена времен года, но и смена, например, сезона дожей и засухи и т.п.

Интересны также адаптации к приливно-отливной ритмике, которая связана как с солнечными, так и лунными сутками (24 ч. 50 мин.).

Наиболее опасны для живых организмов факторы неопределенного действия. Природные системы обладают способностью хорошо восстанавливаться после острых стрессов, типа пожаров и бурь. Но малозаметные хронические воздействия, особенно характерные для антропогенного влияния на природу, дают слабые реакции, поэтому их трудно отследить, а самое главное трудно оценить их последствия.

Поэтому адаптации к ним формируются крайне медленно, иногда гораздо медленней, чем время накопления последствий хронического стресса сверх пределов, после которых экосистема разрушается. Особенно опасны промышленные отходы, содержащие новые химические вещества, с которыми природа еще не сталкивалась.

Одним из опаснейших стрессоров является тепловое загрязнение среды. Умеренное повышение температуры может оказать на жизнь положительное воздействие, но после определенного предела начинают проявляться стрессовые эффекты. Особенно это заметно в водных объектах, в которые попадает подогретая вода с тепловых электростанций.

ª Вопросы для самопроверки

1. Каким образом организмы адаптируются к факторам среды?

2. Что происходит при нарушении ритмических адаптаций?