ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.
Принято выделять биотические, абиотические и антропогенные экологические факторы.
- Биотические факторы — всё множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.
- Абиотические факторы — всё множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение)
- Антропогенные факторы — всё множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; курение, употребление алкоголя и наркотиков, чрезмерное использование лекарственных средств), биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.
Часто встречающаяся классификация экологических факторов (факторов среды)
ПО ВРЕМЕНИ: эволюционный, исторический, действующий;
ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический;
ПО ОЧЕРЕДНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: первичный, вторичный;
ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же абиогенный), биогенный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в т.ч. техногенный, загрязнения среды), антропический (в т.ч. беспокойства);
ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: атмосферный, водный (он же влажности), гео-морфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный
ПО ХАРАКТЕРУ: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический);
ПО ОБЪЕКТУ: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, социально-экономический, социально-психологический, видовой (в т.ч. человеческий, жизни общества);
ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности;
ПО СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ: летальный, экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный (уродующий); канцерогенный;
ПО СПЕКТРУ ВОЗДЕЙСТВИЯ: избирательный, общего действия;
Биотические факторы
Теоретически взаимодействие популяций двух видов можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, --, ++, +0, -0, +-. Примечание: (0) - существенное взаимодействие между популяциями отсутствует; (+) - благоприятное действие на рост, выживание или другие характеристики популяции; (-) - ингибирующее действие на рост или другие характеристики популяции.
Выделяют 9 типов наиболее важных взаимодействий между видами:
· Нейтрализм (00) - ассоциация двух видов популяций не сказывается ни на одном из них;
· Взаимное конкурентное подавление (--) - обе популяции взаимно подавляют друг друга;
· Конкуренция из-за ресурсов (--) - каждая популяция неблагоприятно воздействует на другую при недостатке пищевых ресурсов;
· Аменсализм (-0) - одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния (Аменсализм - ненамеренное притеснение). Категория скорее теоретическая и в описаниях симбиоза встречается очень редко. Хорошей иллюстрацией может служить слон, совершенно не подозревающий о том, что он случайно давит своих мелких соседей.)
· Паразитизм (+ -) - популяция паразита наносит вред популяции хозяина;
· Хищничество (+ -) - одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но зависит от другой;
Симбиоз
· Комменсализм (+0) - одна популяция извлекает пользу от объединения с другой, а другой популяции это объединение безразлично;
· Протокооперация (+ +) -обе популяции получают пользу от объединения;
· Мутуализм (+ +) - связь благоприятна для роста и выживания отдельных популяций, причём в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой.
При глубоком изучении симбиотических взаимоотношений выявляются некоторые тонкости. Так, буйволовые скворцы склевывая паразитов одновременно лакомятся плотью и кровью живых животных расклевывая рану.
1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую. Виды не связаны между собой и даже не контактируют друг с другом (Рис.5.1).
Рис.5.1 Нейтрализм насекомых
Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддя другого организма. Конкуренция бывает: внутривидовая, межвидовая, прямая и косвенная.
Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.
Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.
Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.)
Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижают содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затеняет травы, не давая им произрастать из-за нехватки света. Некоторые растения выделят вещества подавляющие развитие конкурентов. Даже тараканы в жилище человека способны вызвать аллергические реакции у проживающих людей за счет своих выделений.
Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:
• находятся на поверхности хозяина. Блохи (Рис.5.2), вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.)
• внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности.
Почти все виды насекомых участвуют в паразитизме. Раньше полагали, что паразитизм является чем-то более или менее случайным, не имеющим значения в живой природе. Но изучение биологии насекомых совершенно перевернуло это представление. Теперь можно считать несомненным, что из миллиона видов насекомых почти все являются активными или пассивными участниками в паразитизме. Они поделены на две группы, из которых одна паразитирует на другой. Число паразитов из одной только группы перепончатокрылых исчисляется десятками тысяч уже описанных видов! Вместе с тем выяснилась и их громадная роль в экономике мира, заставившая совершенно иначе смотреть на любого паразита. Паразиты держат под контролем (!) численность любой популяции, а человеческую популяцию держали - до конца 19 века.
Рис.5.2 Блоха
Блохи — это насекомые с полным превращением. Известно более 2380 видов блох. Длина тела у разных видов варьирует от 1 до 5 мм, но у самок некоторых видов может достигать 10 мм за счет гипертрофического разрастания брюшка после начала питания. Специальных мест для откладки яиц блохи не ищут. Оплодотворенные самки с силой выбрасывают яйца небольшими порциями для более успешного распространения или яйца могут быть отложены на покровы хозяина. Развитие яиц в среднем продолжается не более двух недель. Из яйца выходит безногая, червеобразная, активно передвигающаяся личинка, которая зарывается в субстрат норы или гнезда хозяина. Личинка питается либо различными разлагающимися остатками, или (у некоторых видов) непереваренной кровью, содержащейся в испражнениях взрослых блох.
Муха це-це (Рис.5.3) – живородящая. Это последствия «кровяной диеты». Рожает личинок без стадии яйца. Печальную известность приобрела эта кровососущая муха, переносящая особый вид трипаносом — возбудителей «сонной болезни», распространенной в Африке (до 70 % африканского населения до середины 20 века являлись носителями трипаносом и были «потенциальными мертвецами»). Трипаносомы постоянно встречаются в крови антилоп, крокодилов, которым не приносят вреда. Напившись крови такой антилопы или крокодила муха це-це нередко затем кусает человека, передавая ему трипаносом. Болезнь выражается в сне продолжительностью несколько месяцев, глубоком истощении и обычно заканчивается смертью. Лечение впервые было предложено Робертом Кохом и заключается в приеме мышьяковистых противопаразитарных препаратов. Первая инъекция такого препарата произошла на глазах тысячной толпы. Пациент проснулся и попросил есть.
Рис.5.3 Муха Це-Це, вид больного сонной болезнью
Рис.5.4 Кровососки.
Кровососки (Рис.5.4). Их плоское и широкое тело с плотно прижатыми крыльями идеально приспособлено к движению в шерсти животных и перьях птиц, кожистые покровы служат надежной защитой от поранений, исключительная цепкость ног, снабженных длинными зубчатыми коготками, гарантирует безопасность при передвижении по хозяину, на котором проходит вся жизнь взрослой особи. Колющий хоботок в покое направлен вперед. Кровососки — плохие летуны. У некоторых видов крыльев нет вовсе. Поэтому для них было бы нелегко пристроить свое потомство, если бы их личинки развивались свободно. Приспособление этих двукрылых к паразитизму пошло по пути максимального использования животных как источника пищи. Самки, питаясь кровью, не только поддерживают собственную жизнь, но и обеспечивают пищей своих личинок. Яйца кровососок созревают в теле самки, и там же из них выводятся личинки. Пищей личинкам служат выделения специальных придаточных желез. Яйца в яичниках образуются поочередно, и поэтому самка выкармливает в каждый последующий период времени по одной личинке. Личинка на питательной пище быстро растет и покидает тело матери только затем, чтобы, забравшись в почву, сразу же окуклиться. Поэтому часто кровососок и некоторых других двукрылых, рождающих, готовых к окукливанию личинок, объединяют в группу «куклородных». В семействе кровососок насчитывается более 100 видов, многие из которых распространены на огромных территориях. Чаще всего их разносят во время перелетов птицы, так как именно на птицах паразитирует большинство видов этого семейства. Считают даже, что в процессе эволюции паразитические мухи-кровососки произошли от мух, первично развивавшихся в гниющих отбросах, накапливавшихся в гнездах птиц. При похолодании мухи в поисках тепла забирались в перьевой покров птиц и постепенно приспособились к жизни на птицах и к питанию их кровью. Затем круг их хозяев расширился и несколько видов семейства приспособились к паразитированию на млекопитающих. Иногда некоторые кровососки накапливаются в гнездах птиц в таком большом количестве, что вызывают гибель птенцов, как, например, кровососка Crataerina pallida, паразитирующая на стрижах. Когда стрижи на зимнее время покидают гнезда, то в них остаются пуларии кровососок. Весной стрижи опять устраивают гнезда на прежнем месте, и вышедшие из пупариев взрослые кровососки легко находят свои жертвы. Весной с прилетом птиц кровососки вылупляются из яиц и пьют кровь из птенцов, бегая по ним как крабы-упыри.
Оса-полиста, оса-паразит, муха-паразит – вносят яйца в гусеницу. Личинки, вылупившись, съедают гусеницу заживо (Рис.5.5). Иногда от укусов личинок провоцируется набор гусеницей массы для лучшей кормежки паразитов. Если бы не существовало этих паразитов, то численность других насекомых росла бы без ограничений. Наличие паразитов приводит к балансу популяций в природе.
Рис.5.5 Живая кормушка личинок ос-паразитов
Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником).
Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.
Посредством данного биотического фактора поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.
Хищничество основано и развивается за счет:
- совершенствования погони. Погоня длится от нескольких секунд до нескольких часов (иногда несколько суток). Волки в основном питаются зайцами, но заяц развивает при беге скорость до 80 км\час, а волк только до 50 км\час. Таким образом, здоровый заяц легко уходит от погони. Жертвами волка становятся преимущественно больные животные, зазевавшиеся и зайчата. Стаей волки способны убить даже лося и бизона. Преимущественно они нападают на телят, но иногда их жертвами становятся взрослые особи, которых стае удалось оттеснить от стада. Преследование длится до полного изматывания жертвы. В процессе преследования волки отдыхают и сменяют друг друга. Измученное животное загрызают хватая за ноги и обездвиживая несколько волков сразу. Из 9 попыток удается только одна. В повседневной жизни бизоны волков не боятся и, похоже, знают когда начнется погоня и атака в борьбе за выживание.
В море марлин развивает скорость в погоне за рыбами до 80 км\час, акулы до 100 км\час. Олуши бросаются в воду со скоростью 120 км\час. Удар о воду при такой скорости сопоставим с ударом о бетон, но олуши имеют своеобразные воздушные подушки, смягчающие удар в области шеи.
Филиппинский долгопят весом до 120 граммов делает броски длиной в 3-4 метра в полной темноте настигая пищу. Для человека подобный прыжок сопоставим с длиной в 50 метров (!).
Сокол сапсан развивает скорость в полете до 400 км\час, преследуя голубей. Ареал обитания – Нью Йорк – небоскребы (!);
- совершенствования строения челюстей. В начале эволюции питание походило на постепенное поглощение (всасывание) жертвы. В последствии в море появились примитивные челюсти, которые образовались, видимо, из ближних жаберных щелей. Следующий этап - появление зубов. Данный этап дошел до своего совершенства при динозаврах. Тиранозавр-Рекс имел 160 зубов длиной до 30 см. Челюсти давят, режут, протыкают, клювы протыкают насквозь (вороны, марабу, цапли и др.), раздвижные челюсти заглатывают добычу значительно превышающую размеры хищника, режущие челюсти отхватывают куски мяса по 20 кг(!). Челюсти миноги приспособлены к всасыванию в плоть жертвы и высасыванию из нее крови в течение недели.
Рот артенарии и бородавчатки (Рис.5.6) способен за 6х10-3 секунды увеличиться в 10 раз.
Рис.5.6 Бородавчатка
Самые сильные челюсти у млекопитающих у ягуара и гиены. Летучие мыши вампиры кусая, впрыскивают в кровь обезболивающее вещество, и насасываются крови. Одновременно с этим они непрерывно писают, чтобы масса тела оставалась подъемной для крыльев. Сила сжатия челюстей крокодила составляет до 900 кг\см2.(!). Челюсти обезьян представляют серьезную опасность. Обезьяны поедают друг друга, птиц, мелких животных; челюсти акулы имеют пять рядов зубов (Рис.5.7), которые растут непрерывно сменяя друг друга.
Рис.5.7 Челюсти акулы
Рис.5.8 Кайман, проглоченный анакондой
Благодаря особому строению челюстей анаконда легко проглатывает каймана (Рис.5.8)
- использования ядов. Яды прошли целую эволюцию. Яды большинства животных выполняют три функции: убивают за счет токсинов, препятствуют свертыванию крови за счет антикоагулянтов, выполняют функцию предварительного переваривания пищи за счет пищеварительных энзимов. Иногда яды просто парализуют. Хищнику остается лишь высосать растворенную ядом плоть. Иногда яды используются для самозащиты даже от крупных животных. Так, волоски у тарантула обладают ядовитыми свойствами и способны вызвать аллергию у обезьян. Если обезьяна хватает тарантула (Рис.5.9), он сбрасывает свои волоски, и у обезьяны начинается сильнейшая аллергическая реакция, продолжающаяся несколько дней. После этого обезьяна не притрагивается к тарантулу;
Рис.5.9 Тарантул
Рис.5.10 Яд парализует, убивает, растворяет ткани, участвуя в процессе
переваривания пищи
- совершенствования когтей (когти псовых, кошачьих – убирающиеся, когти хищных птиц) (Рис.5.11);
Рис.5.11 Коготь амурского тигра
- совершенствования способов охоты (групповая охота с четко разделенными функциями: расхождение участников охоты по засадам, пугание стада, выбор жертвы, преследование, коллективное убивание с распределенными ролями). Пираньи съедают птенцов, выпавших из гнезда за несколько минут. Дельфины стаями преследуют птиц и нападают на них даже на побережье. Касатки преследуя морских львов вылазят на берег, дожидаясь в последствии прилива. Охота осуществляется групповым методом. Одна отвлекает, другая, убрав плавник, хватает морского льва у самой воды. Акулам для такой охоты «не хватает ума».
Абиотические факторы:
• климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха);
• почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость);
• орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона);
• химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность);
Абиотические факторы наземной среды.
1) Лучистая энергия солнца.
Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).
Количество энергии у поверхности Земли -2110 кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).
2) Освещение.
Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:
• светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест.
• тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник).
• тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.
Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью.
3) Температура:
Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы. Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20°С, а при t = 48°С полностью прекращается.
В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:
• Организмы, t тела= t окр. среды, т.е. меняется в зависимости от t окр. среды, нет механизма терморегуляции (эффективного) (растения, рыбы, рептилии...). Растения понижают t за счет интенсивного испарения, при достаточном снабжении водой в пустыне - уменьшается t листьев на 15°С.
• Организмы с постоянной t тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t =36-40°C.
• Организмы с постоянной t (еж, барсук, медведь), период активности - const t тела, зимняя спячка -значительно уменьшается (низкие потери энергии).
Выделяют организмы, способные переносить колебания t0 в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных t0 (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).
4) Влажность атмосферного воздуха.
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t воздуха.
5) Атмосферные осадки.
Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.
Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:
• Влажная экваториальная.
Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов).
• Сухая зона тропического пояса.
Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка).
• Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь.
• Полярная область.
Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.
6) Газовый состав атмосферы.
Состав ее практически постоянен и включает: N -78%, 0 -20,9%, СО, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.
7) Движение воздушных масс (ветер).
Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью-Гемпшир, США). Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.
8) Давление атмосферы.
760 мм ртутного столба или 10 кПа.
