Екологічні фактори, їх класифікація та основні закони впливу

Особливу роль для живих організмів відіграє середовище їх існування. Розглядаючи окремий організм як певну систему, найбільш прийнятним є визначення середовища за А. Холлом і Р. Фейджином: "Для даної системи навколишнє середовище є сукупністю усіх об'єктів, зміни властивостей яких впливають на систему, а також тих об'єктів, властивості яких змінюються в результаті поведінки самої системи". З визначення випливає динамізм взаємодії організму (системи) і середовища й те, що середовище не є для системи чимось абсолютно зовнішнім. За М.Ф. Реймерсом, навколишнім середовищем, а точніше довкіллям називають сукупність взаємопов'язаних природних, видозмінених природних, штучно утворених та соціальних компонентів в оточенні якої живе організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Довкілля складається з багатьох елементів, умов, явищ, тобто факторів. Одним із завдань загальної екології є вивчення впливу факторів довкілля (екологічних факторів) на живі організми.

Отже, екологічний фактор - це будь-яка умова середовища, що прямо чи опосередковано впливає на організм протягом хоча б однієї з стадій його життя. Усі екологічні фактори є мінливими, тому організми змушені весь час пристосовуватись до них. Внаслідок цього, в живих організмах виникають специфічні пристосувальні механізми і реакції на зміну екологічних факторів, які називають адаптацією. Здатність до адаптації - одна з властивостей життя, що забезпечує саму можливість його існування і вона виявляється на всіх рівнях організації - від біохімічної реакції в організмах і поведінки окремих істот до будови і функціонування екологічних систем. Іншими словами, адаптація - це засоби, за допомогою яких організм взаємодіє з середовищем для підтримання стану внутрішньої динамічної рівноваги, тобто гомеостаз організму, і забезпечує безперервність його існування в часі через нащадків.

Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактору називають екологічною валентністю, але для життя організмів значення має не тільки абсолютна величина сили дії фактора, а й швидкість її зміни. За екологічною валентністю організми поділяють на еврибіонтних - з широкими пристосувальними можливостями, наприклад, сірий пацюк, горобець, кімнатна муха, таргани тощо, і стенобіонтних, які можуть існувати лише у відносно сталих умовах, наприклад, журавель степовий, качкодзьоб тощо. Екологічні фактори, що діють на організм, поділяють на внутрішні та зовнішні. Зовнішні екологічні фактори, за їх походженням, прийнято поділяти на три основні групи:

1. Абіотичними називаються фактори неживої природи з їх хімічними і фізичними властивостями.

2. Біотичні фактори створюються сукупністю організмів у результаті їх взаємодії. Кожен організм відчуває на собі вплив інших живих істот, сам впливає на них, вступаючи у взаємозв'язки з представниками свого чи інших видів.

3. Антропогенні фактори виникають внаслідок діяльності людини, що є причиною змін середовища життя інших організмів або безпосередньо впливають на них. Для задоволення своїх потреб людина створила промисловість, сільське господарство, транспорт та інші галузі народного господарства, використовуючи для цього природні ресурси.

Існують і інші класифікації екологічних факторів:

• за характером дії (інформаційні, енергетичні, фізичні, хімічні);

• за середовищем виникнення (атмосферні, водні, фізіологічні, генетичні, екосистемні);

• за фактором часу (еволюційні, історичні, діючі);

• за ступенем впливу (летальні, екстремальні, обмежувальні);

• за об'єктом впливу (індивідуальні, групові, видові).

Кожний екологічний фактор впливає на живі організми позитивно чи негативно, залежно від сили прояву його дії. Сприятливу силу впливу фактору, тобто таку, що забезпечує найкращі або оптимальні умови життєдіяльності особин, називають зоною оптимуму екологічного фактору. Будь-яке відхилення від оптимуму негативно впливає на розвиток організмів. Чим більші ці відхилення, тим сильніше пригнічується життєдіяльність організмів. Мінімальні і максимальні значення екологічного фактору є критичними - за їх межами життя вже неможливе. В екології цей принцип названий законом оптимуму. Зона оптимуму і критичні межі витривалості живих істот стосовно якогось екологічного фактора можуть змінюватись залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють одночасно інші екологічні фактори, наприклад, низька температура і вітер. Цей принцип одержав назву закон взаємодії факторів. Якщо хоча б один із екологічних факторів наближається до критичної межі або перевищує її, то, незважаючи на оптимальну дію інших умов середовища, організму загрожує загибель, а цей фактор стає для нього обмежувальним. Лімітуючими можуть бути як абіотичні, наприклад, нестача тепла, вологи або їх надлишок, різка зміна освітленості, тощо, так і біотичні фактори, наприклад, зайнятість території сильнішим конкурентом, нестача запилювачів квітів, тощо.

Гіпотеза про те, що витривалість організму визначається слабкою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб, вперше була висунута і доведена Ю. Лібіхом у 1840 році. Вивчаючи вплив вмісту мікроелементів у грунті на ріст рослин він зазначив, що ріст залежить від того елементу, який є в мінімальній кількості. Цей висновок відомий в екології як закон мінімуму. Значення цього закону полягає в тому, що він дає можливість визначити, з чого починати пошук у разі потреби аналізу умов довкілля.

Для нормального існування організмів їм потрібен комплекс факторів і певний їх режим з допустимими коливаннями величини дії в межах витривалості організмів або толерантності. Закон толерантності сформулював В. Шелфорд у 1913 році. Природним обмежувальним чинником розвитку організму може бути як мінімальний, так і максимальний вплив екологічного фактору, діапазон між якими визначає витривалість або толерантність організму до даного чинника. Організми намагаються жити в певних межах близьких до оптимуму і не досягати критичних меж фактора. Саме в таких умовах будь-які організми можуть виживати, рости, розмножуватись, тобто підтримувати чисельність.

Сукупність усіх екологічних факторів і ресурсів середовища, в межах якого може існувати вид у природі, називають екологічною нішею. В той же час, екологічна ніша не обмежується життєвим простором. За Ю. Одумом, екологічна ніша - це не тільки фізичний простір, який займає певний вид організмів, але і його функціональна роль в спільноті, тобто його трофічне положення, і його місце відносно градієнтів зовнішніх факторів - температури, вологості тощо. Для характеристики екологічної ніші використовують два основні параметри: ширину ніші та перекриття ніші з сусідніми. На розміри і динаміку екологічної ніші впливають спеціалізація виду за харчуванням, використанням простору, періоду активності тощо. В одному й тому ж місці існування може бути кілька екологічних ніш, наприклад, ліс, озеро. При вивченні та характеристиці екологічної ніші враховують такі правила:

1. Правило обов'язковості заповнення екологічної ніші. Пуста
екологічна ніша завжди буває природно заповненою.

2. Принцип винятку Г.Ф. Гаузе або правило конкурентного виключення: два види не можуть існувати в одній і тій же місцевості, якщо їх екологічні погреби ідентичні, тобто вони"займають одну і ту ж екологічну нішу".

Ці правила мають велике значення для вивчення поведінки організмів і пояснення деяких закономірностей, зокрема міжвидової конкуренції, територіальності поведінки тощо.