Типы экологических взаимодействий

СХЕМА

 

Классификация экологических факторов (по Ю.Одум, 1975)

Характеристика и значение экологических факторов

Абиотические факторы – факторы неживой природы, которые подразделяются на климатические, эдафические, топографические и другие физические факторы. К ним относятся физические и химические характеристики среды, а также климатические и географические факторы, имеющие сложную природу: смена сезонов года, рельеф, направление и сила течения или ветра, лесные пожары.

Климатические факторы

Наиболее важными из них являются: свет, температура, влажность.

 

а) Световой фактор Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле, важнейшая его энергетическая функция — участие в фотосинтезе. Однако свет - не только энергетический ресурс для живых организмов, но и важнейший экологический фактор.

В спектре солнечного излучения выделяют три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная.

1. Ультрафиолетовые лучи- длина волн менее 0,29мкм – это коротковолновые и макроэнергоемкие лучи, они губительны для всего живого. До поверхности Земли доходит лишь незначительная часть УФ лучей, большая их часть задерживается озоновым экраном. Они обладают высокой химической активностью, оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу витамина Д, образованию пигментов, но в больших дозах вызывают повреждение живых клеток, т.к. УФ лучи – мощный мутагенный фактор.

2. Видимые лучи - длина волны 0,4-0,7мкм. Они несут основной запас энергии и необходимы для жизни организмов. Например, эти лучи используются зелеными растениями для синтеза органических веществ - пищи для всех гетеротрофных организмов.

3. Инфракрасные лучи - длина волны свыше 0,75 мкм, не воспринимаются глазом человека, являются источником тепла, тепловой энергии. Они повышают температуру природной среды и самих организмов.

С участием света в организмах протекают важнейшие процессы: у растений - фотосинтез, транспирация, у животных с помощью зрения обеспечивается ориентация в пространстве, перемещение в поисках пищи, регулируются многие физиологические процессы и тд. Холоднокровные животные используют свет для нагрева своего тела. Для некоторых животных и безхлорофильных растений свет не является обязательным условием существования, и многие почвенные, пещерные и глубоководные виды животных приспособлены к жизни в абсолютной темноте. Большинство же животных

хорошо различают спектральный состав света и обладают цветным зрением.

Следовательно, для растений свет является прямым и необходимым фактором жизни, для животных свет является косвенным фактором, т.к. от света зависит жизнь и фотосинтез зеленых растений, которые поедаются животными.

Важное значение для растений имеет интенсивность освещения. По отношению к освёщенности они подразделяются на: светолюбивые (не выносят тени), тенелюбивые (не выносят яркого солнечного света) и теневыносливые (имеют широкий диапазон толерантности к свету).

А все организмы по отношению к свету делятся на эфрифотные – с широким диапазоном и стенофотные – с узким диапазоном восприятия света.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов. Самый надежный сигнал — длина дня, т. е. фотопериод. Фотопериодизм — это реакции организма на сезонные изменения длины дня, всегда одинаковой в данном месте, в данное время, что позволяет, например, растениям определиться со временем цветения, созревания на данной широте.

Развитие природы благодаря фотопериодизму происходит в соответствии с биоклиматическим законом Хопкинса: сроки наступления различных природных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.

Установлено, что организмы реагируют не на количество света, которое они получают, а на чередование в течение суток периодов света и темноты.

Световая реакция в природе имеет суточную и сезонную периодичность, которая обусловлена вращением Земли. Поэтому в ответ на изменение освещенности в течение дня или года у животных появились различные приспособления. У разных видов животных - активность только в определенные часы суток. Для многих организмов изменение длины дня служит сигналом смены сезонов. Реагируя на изменение длины дня, организмы подготавливаются к условиям наступающего сезона. У каждого вида растений выработался годичный цикл роста, размножения, подготовки к зимовке. У многих пресноводных животных укорочение дней осенью вызывает образование покоящихся яиц, переживающих зиму. Для перелетных птиц сокращение светлого времени суток служит сигналом к началу миграции. У многих млекопитающих и птиц от длины дня зависит созревание половых желез и сезонность размножения. Как показали недавние исследования, у многих людей, живущих в умеренном поясе, короткий фотопериод в зимнее время вызывает нервное расстройство - депрессию.

Таким образом, живые организмы способны измерять время, вести его учет, т.е. организмы обладают биологическими часами. Каждый живой организм имеет чувство времени. Животные питаются, охотятся, выводят

потомство в строго определенное время. У растений на ночь закрываются лепестки, опускаются листья и др. Фотопериодизм является важным приспособлением, регулирующим сезонные явления у самых различных организмов.

 

Б) Температурный режим

Температура - один из важнейших абиотических факторов. Во-первых, она действует везде и постоянно. Во-вторых, температура влияет на скорость многих физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в живых организмах и их клетках. Температура - важнейший из ограничивающих экологических факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная температуры, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод. Все живые существа способны жить при температуре между 0 и 50°С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток, но различные приспособительные механизмы, выработанные эволюцией, значительно расширяют эти возможности в сторону как высоких, так и низких температур. Поэтому интервал выживания, особенно популяции в целом, может быть и значительнo шире указанного, между так называемыми нижней и верхней «границами стойкости». В этом интервале можно выделить «оптимальный интервал», в котором организмы чувствуют себя комфортно, и численность популяций растет, а за его пределами они оказываются сначала в условиях «пониженной жизнедеятельности», где организм чувствуют ceбя угнетенно, а затем погибают либо от холода (за нижней границей стойкости), либо от жары (за верхней границей стойкости).Этот пример влияния температуры на организмы иллюстрирует общий закон биологической стойкости (по М. Ламотту), применимый к любому из важнейших лимитирующих факторов: величина «оптимального интервала» характеризует величину «стойкости» организма, т. е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».

Температура является важнейшим условием существования живых организмов, так как все физиологические процессы - обмен веществ, рост, развитие - возможны только при наличии определенных температурных условий. Температура изменяет скорость протекания физико-химических процессов в клетках, влияет на морфологические особенности организмов, на ход физиологических процессов, их рост, развитие, размножение, поведение и др.Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов, но редко бывает выше 40-45°С. Только немногие виды приспособлены к жизни при более высокой температуре

По отношению к температуре все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые или криофилы (способные жить при низких температурах) и теплолюбивые или термофилы (живут при довольно высоких температурах).

Организмы с широким диапозоном толерантности к температурному фактору называются – эвритермными, с узким диапазоном – стенотермными.

Беспозвоночные животные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела, такие организмы называются пойкилотермными или эктотермными. Птицы, млекопитающие, в том числе и человек, способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды, их называют гомойотермными или эндотермными.

В животном мире резко преобладают пойкилотермные, значительно меньше гомойотермных животных. Что касается наземных растений, то температура в их жизни имеет не меньшее значение: они погибают уже при температуре, близкой к 50°С, а при температурах ниже 0°С часть растений выживает только благодаря специальным приспособлениям. Растения приспосабливаются таким образом, чтобы уберечь свои почки от мороза под снегом, в почве и т. п., а животные увеличивают маcсy тела, запасая на зиму питательные вещества, поэтому даже животные одного вида на севере крупнее, чем на юге.У животных большее значение имеют физиологические адаптации, простейшая из которых — акклиматизация — физиологическое приспособление к перенесению жары или холода. Более радикальным способом защиты от холода являются миграция в теплые края, зимовка - впадение зимой в спячку. Большинство животных зимой находится в неактивном состоянии, а насекомые вообще останавливаются в своем развитии, наступает период диапаузы.

в) Влажность

Вода выступает как важный абиотический фактор, влияет на другие экологические факторы при их совокупном воздействии на организм и является средой обитания для многих животных и растений. Все живые организмы испытывают потребность в воде. Биохимические реакции, идущие в клетках, протекают только в жидкой среде. Вода для живых организмов служит “универсальным растворителем”, в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена и др. Повышенная или пониженная увлажненность накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру организмов.

Вода является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местах обитания организмов. В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется: количеством атмосферных осадков, но для организмов важнее равномерность их распределения по сезонам года, которое в умеренных широтах может привести к засухе или переувлажнению, в тропиках — к чередованию влажных и сухих сезонов; влажность воздушной среды способна изменять температуру: понижение влажности ниже некоторого предела при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха, что приводит к иссушению почвы, затрудняет всасывание воды корневой системой растений. Растения адаптируются к этому, увеличивая всасывающую силу и глубину корневой системы и транспирацией — испарением воды через листья, на что уходит 97-99% воды. По способу адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп: 1) гигрофиты — наземные растения, произрастающие в повышенной влажности; 2) мезофиты — произрастают в умеренной влажности;3) ксерофиты — произрастают в местах низкой влажности - растения степей; 4) суккуленты – растения пустынь (например, кактусы).У животных по отношению к воде также выделяют свои экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (умеренной влажности).

Водный баланс животные регулируют поведенческими, морфологическими и физиологи­ческими способами. Большинство животных пустыни может обходиться без воды, источник влаги для них – пища (грызуны, пресмыкающиеся, насекомые). Жировые отложения служат своеобразным резервом воды для организмов (горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов). Защитой от испарения воды служит у животных малая проницаемость наружных покровов (раковины моллюсков, хитиновый покров у членистоногих). В условиях периодической сухости у многих растений и животных возникает состояние покоя, характеризующееся остановкой роста и развития, резко сниженным обменом веществ. Некоторые грызуны и черепахи с наступлением жаркого и сухого периода в пустыне, когда выгорает растительность, впадают в летнюю спячку. Состояние летнего покоя у многолетних растений часто сопровождается сбрасыванием листьев или полным отмиранием наземных частей.

Эдафические или почвенно-грунтовые факторы

Эдафические факторы (от греч. edaphos — почва) — почвенные условия произрастания растений. Из них важнейшими экологическими факторами являются влажность, температура, структура и пористость, реакция почвенной среды, засоленность. Почва — геологическое тело, отличающееся от всех похожих на нее глинистых и песчаных образований тем, что обладает плодородием. Плодородие почвы – её способность удовлетворять, потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, обеспечивая биогенную продуктивность растительности. Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной компонент и содержит живые макро- и микроорганизмы.Твердая компонента преобладает в почве и представлена минеральной и органической частями. Органическая часть представлена гумусом - органическим веществом, образовавшимся в результате разложения отмершей органики. Он играет ключевую роль в плодородии почвы благодаря питательным веществам в его составе, в том числе и биогенным элементам. Содержание гумуса в почвах от десятых долей процента до 20-22%. Самые богатые гумусом — черноземы, они же и самые плодородные почвы.Почвенная биота представлена фауной (дождевыми червями, нематодами и др.) и флорой (грибами, бактериями, водорослями и др.), которые перераспределяют и перерабатывают органику, вплоть до исходных неорганических составляющих (деструкторы). Жидкая компонента почв — вода. Важнейшие экологические факторы почв разделяют на физические и химические. К физическим относятся влажность, температура, структура и пористость. Химические экологические факторы почв — реакция среды (нейтральная, слабощелочная) и засоленность.

При характеристике почв как эдафического фактора важно также учитывать физические и химические свойства почв: механический состав, плотность, теплоемкость, теплопроводность, влагопроницаемость, аэрацию.

Основная геосферная функция почвы – концентрационная.

Топография или орография

К орографическим факторам относятся: высота, экспозиция, крутизна склонов, рельеф и др. С высотой снижается температура, увеличивается суточный перепад температур, возрастают осадки, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрация газов.

Биотические факторы среды – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Среди них обычно выделяют:

а) зоогенные факторы (влияние животных организмов);

б) фитогенные факторы (влияние растительных организмов);

в) антропогенные факторы (влияние человека и его деятельности).

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества.

Многие живые организмы влияют друг на друга непосредственно. Хищники поедают жертв, насекомые пьют нектар и переносят пыльцу с цветка на цветок, болезнетворные бактерии образуют яды, разрушающие клетки животных. Кроме того, организмы косвенно воздействуют друг на друга, изменяя среду обитания. Например, отмершие листья деревьев образуют опад, который служит местом обитания и пищей для многих организмов.

а) Зоогенные факторы. Это связь между животными одного или разных видов, является, с одной стороны необходимым условием питания и размножения, возможности защиты, смягчения воздействия неблагоприятных условий среды. С другой стороны – это опасность ущерба, а нередко и непосредственная угроза жизни животного.

Взаимодействие между особями одного и того же вида (гомотипические реакции) проявляется в групповом и массовом эффектах, внутривидовой конкуренции.

Групповой эффект проявляется у многих видов, которые могут нормально размножаться и выживать, только в том случае, если представлены достаточно крупными популяциями. Например, для выживания африканских слонов стадо должно состоять не менее чем из 25 особей, а стадо северного оленя – 300-400 голов.

Массовый эффект обозначает эффект, вызванный перенаселением среды. При этом существует такое явление, как самоограничение.

Внутривидовая конкуренция может приводить к дифференциации вида и к его распаду на несколько популяций.

Межвидовой конкуренцией называется активный поиск несколькими видами одних и тех же пищевых ресурсов среды обитания. Конкурентные взаимоотношения могут быть различными – от прямой физической борьбы до мирного сосуществования. Взаимоотношения между хищниками и жертвами, паразитами и хозяином, а также такие явления, как комменсализм, мутуализм, амменсализм, и др.

Типы экологических взаимодействий

Взаимно- полезные	Полезно- нейтральные	Полезно- вредные	Взаимно- вредные
Симбиоз	Комменсализм	Паразитизм, хищничество	Конкуренция
-лишайники; -рак-отшельник и актиния	Гиены и львы	-гриб-трутовик и дерево; -рысь и заяц	Самцы в период размножения

Типы межвидовых взаимодействий:

1 ) Конкуренция - виды оказывают друг на друга негативное воздействие;

2) Мутуализм - облигатный симбиоз (виды не могут существовать друг без друга);

3) Протокооперация – факультативный симбиоз(виды могут существовать отдельно, но совместное существование приносит им обоим пользу, например, актинии и крабы);

4) Комменсализм - один вид извлекает пользу от сожительства, другой вид – нет, например, обитатели нор;

5) Нейтрализм – виды не оказывают друг на друга никакого влияния;

6) Аменсализм – один вид угнетает рост и размножение другого, например, сосуществование крупных и мелких растений;

7) Хищничество – поедание одного вида (жертва) другим видом (хищник);

8 ) Паразитизм – паразит тормозит рост и развитие хозяина.

 

б) Фитогенные факторы – формы взаимоотношений между растениями бывают: прямые (механические), косвенные (через животных, микроорганизмов).

Растения могут быть взаимосвязаны между собой через животных, например: энтомофилия – опыление при помощи насекомых, орнитофилия – птиц и др., животные распространяют семена и плоды растений.

	Понятие о среде обитания, классификация и характеристика

Среда жизни – одно из основных экологических понятий, под которым понимается комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов (особи, популяции, сообщества). У каждой особи своя особая среда жизни: физические, химические и биотические условия, не выходящие за пределы чувствительности и устойчивости к ним данного вида.

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова.

В широком смысле среда – это окружающая среда.

Окружающая среда – это совокупность всех условий жизни (материальных тел, явлений, энергии влияющих на организм) существующих на планете Земля.

Среда – в узком смысле слова – это среда обитания.

Среда обитания – это часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы, а также элементов, привносимых человеком в результате хозяйственной деятельности.

Следовательно: совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии, называется средой обитания.

Роль среды двояка. Прежде всего, живые организмы получают из среды, в которой обитают, пищу и энергию. Кроме того, различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару.

Выделяют четыре основные среды обитания, освоенные живыми организмами: 1)водная 2)наземно-воздушная 3)почвенная 4) живые организмы - заселенные паразитами и симбионтами.

Водная среда (гидросфера) - занимает 71% площади земного шара. В водной среде обитают 150 тыс. видов животных, что составляет около 7% от общего их количества, 10 тыс. видов растений (8% от общего их количества). Реки, озера создают запас пресной воды, необходимый для огромного количества растений и животных, а также для человека. Как среда обитания вода имеет ряд специфических особенностей: большая плотность, сильные перепады давления, малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и т.д. Характерной чертой водной среды является ее подвижность. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме, т.к. вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью и считается наиболее стабильной по экологическим условиям средой, без резких колебаний температур. В воде кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь он является лимитирующим фактором.

Число видов животных и растений в водной среде значительно меньше, чем наземных, что говорит о том, что эволюция на суше проходила гораздо быстрее. Наиболее богатый растительный и животный мир морей и океанов тропических областей – Тихого и Атлантического океанов. Основная масса организмов Мирового океана сосредоточена в сравнительно небольшой по площади зоне морских побережий умеренного пояса.

В Мировом океане толща воды носит название «пелигиаль», дно – «бенталь», береговая часть – «литораль», она наиболее богата растениями и животными. Обитатели водной среды называются гидробионтами. Пелагические организмы – нектон (рыбы, китообразные) и планктон (низшие ракообразные, одноклеточные водоросли и др.), а обитатели дна – бентос (придонные водоросли, рыбы). Одной из специфических особенностей водной среды является наличие большого количества мелких частиц органического вещества – детрита (высококачественная пища для водных организмов).

Обитатели водоемов выработали соответствующие приспособления к подвижности водной среды, в частности, обтекаемую форму тела, способность дышать растворенным в воде кислородом при помощи жабр и др.

Водная среда оказывает влияние на ее обитателей. В свою очередь, живое вещество гидросферы воздействует на среду обитания, перерабатывает ее, вовлекая в круговорот веществ. Известно, что вода всех видов водоемов разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2 млн. лет, т.е. вся она прошла через живое вещество планеты не одну тысячу раз.

Наземно-воздушная среда - Наземная среда самая сложная по экологическим условиям. Экологические факторы здесь отличаются рядом специфических особенностей: сильные колебания температур, более интенсивный свет, меняющаяся влажность в зависимости от сезона года, времени суток и географического положения.

Особенностью этой среды является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом – газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью, давлением, а также высоким содержанием кислорода.

Воздушная среда имеет малые плотности и подъемную силу, незначительную опорность, поэтому в ней нет постоянно живущих организмов — все они связаны с землей, а воздушную среду используют только для перемещения или (и) для поиска добычи. Воздушная среда оказывает на организмы физическое и химическое воздействие.Физические факторы воздушной среды: движение воздушных масс обеспечивает расселение семян, спор и пыльцы растений. Атмосферное давление оказывает существенное влияние на жизнь позвоночных животных — они не могут жить выше 6000 м над уровнем моря.

Химические факторы воздушной среды обусловлены однородным в качественном и количественном отношении составом атмосферы: в наземных условиях содержание кислорода находятся в максимуме, а углекислого газа — в минимуме толерантности растений, в почве — наоборот — кислород становится лимитирующим фактором для аэробов - редуцентов, что замедляет разложение органики.

У обитателей наземной среды в процессе эволюции выработались специфические анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие адаптации. У них в ходе эволюции появились органы, обеспечивающие непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие у животных), сложные приспособления для защиты от неблагоприятных факторов (защитный покров тела, механизмы терморегуляций, большая подвижность, периодичность и ритмика жизненных циклов и др.).

Почвенная среда. Почва представляет собой сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Почва обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку она тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Все свойства почвы во многом зависят не только от климатических факторов, но и от жизнедеятельности почвенных организмов, которая механически перемешивает ее и перерабатывает химически, создавая в конечном итоге необходимые для себя условия. Свойства почвы в своей совокупности создают определенный экологический режим, основными показателями которого служат гидротермические факторы и аэрация. Хорошо увлажненная почва легко прогревается и медленно остывает.

Всех почвенных обитателей можно разделить на экологические, исходя из размеров степени подвижности: микробиотоп, мезобиота, макробиотоп, макробиота.

По степени связи со средой: геобионты, геофилы, геоксены.

Живые организмы. Как известно, для растений и животных, ведущих симбиотический образ жизни, организм, на котором они поселяются (хозяин), является специфичной средой жизни. Это явление подробно изучили отечественные ученые Е.Н. Павловский и В.А. Догель на примерах паразитизма и мутуализма, а также других форм совместной жизни организмов. Поскольку любой организм зависит от условий среды и сам на нее воздействует, паразит не только зависит от хозяина, но и влияет на него. У хозяина в результате вырабатываются самые различные защитные реакции. Паразиты же, в свою очередь, приспосабливаются к этим реакциям, и, таким образом, процесс коадаптации, взаимного приспособления паразита к хозяину и, наоборот, хозяина к паразиту осуществляется постоянно.

	Взаимодействия организма со средой, лимитирующий фактор

Живой организм всецело зависит от среды и немыслим без неё. В природе на любой организм сразу действует множество абиотических и биотических факторов, они тесно взаимосвязаны и не могут заменять друг друга. Экологические факторы могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на организм, а также действуют с разной интенсивностью.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма называется оптимальной, или Оптимумом.

Сочетание условий среды, обеспечивающее наиболее успешный рост, развитие и размножение вида (популяции) называют Биологическим оптимумом.

Часто в природе бывает так, что одни экологические факторы находятся в изобилии (например, вода и свет), а другие (например, азот) - в недостаточных количествах. Факторы, снижающие жизнеспособность организма, называют ограничивающими (лимитирующими). Например, ручьевая форель живет в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. При содержании в воде кислорода менее 1,6 мг/л форель гибнет. Кислород - ограничивающий фактор для форели. Ограничивающим фактором может быть не только его недостаток, но и избыток. Тепло, например, необходимо всем растениям. Однако если продолжительное время летом стоит высокая температура, то растения даже при увлажненной почве могут пострадать из-за ожогов листьев. Следовательно, для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его роста, развития и размножения. Наилучшее сочетание условий называют биологическим оптимумом. Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение. Умело поддерживая оптимальные условия жизнедеятельности сельскохозяйственных растений и животных, можно повышать их продуктивность.

Чем больше отклонения от оптимума, тем губительнее действует экологический фактор на организм.

Диапазон действия экологического фактора имеет границы – максимум и минимум. Максимальное и минимальное значения экологического фактора, при которых ещё возможна жизнь, называют пределом выносливости (нижние и верхние границы выносливости).

Способность организмов выдерживать определенные колебания экологических факторов, приспосабливаться к новым условиям и осваивать разные среды обитания называется экологической валентностью (толерантностью).

ТОЛЕРАНТНОСТЬ – это способность организмов выдерживать определенный диапазон изменения условий жизни.

Виды организмов с низкой толерантностью (живущие в узком диапазоне действия экологических факторов) называются СТЕНОБИОТНЫМИ, а с широкой толерантностью – ЭВРИБИОТНЫМИ.

Экологическая амплитуда – это ширина диапазона колебаний экологического фактора, например: температура от -50 до +50.

При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним, следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиг купола толерантности.

Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или Акклиматизацией.

 

Лимитирующий фактор (ограничивающий) – это фактор, интенсивность действия которого выходит за пределы выносливости организма.

Иначе говоря, тот фактор, который является ведущим в ограничении приспособительных возможностей организма в конкретной среде, называется – лимитирующим.

Например, на Севере лимитирующим фактором является низкая температура, а в пустыне – вода. Именно лимитирующие факторы ограничивают распространение видов в природе.Например, температура является важнейшим лимитирующим (ограничивающим) фактором. Для любого вида пределами толерантности служат максимальная и минимальная летальные температуры, за их пределами вид погибает от холода или жары. Живые организмы могут жить при температуре от 0 до 50С за некоторым исключением. При оптимальных значениях температуры (оптимальный интервал) организмы чувствуют себя комфортно, размножаются, наблюдается рост численности популяции. При возрастании жары в пределах верхней границы стойкости и похолодании в пределах нижней границы стойкости организмы попадают в зону смерти и погибают. Данный пример иллюстрирует общий закон биологической стойкости, который применим к важным лимитирующим факторам. Оптимальный интервал характеризует стойкость организмов (толерантность к этому фактору) или экологическую валентность.

 

 

В середине ХIХ в. Ю. Либихом был установлен закон минимума: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме. Например, если фосфор содержится в почве лишь в минимальных количествах, то это снижает урожай. Но оказалось, что если это же вещество находится в избытке, это также снижает урожай.

Следовательно, закон толерантности В.Шельфорда (1913) гласит: ограничивающим фактором жизни организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору. Этот закон справедлив и в отношении информации.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы в ходе эволюции у организмов выработались адаптации к их воздействию.

 

Адаптация – приспособление организма к среде обитания. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться в конкретных условиях среды. Она сформировалась под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного отбора.

Адаптация проявляется на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем.

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, например, изменение активности работы клеток или синтеза ферментов, гормонов;

2) физиологические (усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов);

3) морфологические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни, средой обитания;

4) поведенческие – поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд, миграция и др.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующее выживанию при изменении условий.

	Понятие биоценоза, биогеоценоза, экосистемы, их характеристика

Биоценоз - это динамически устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии между собой и компонентами неживой природы. Термин "биоценоз" предложен в 1877г. К. Мебиусом.

Каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. В его состав входят: фитоценоз – совокупность растений на определенной территории; зооценоз - совокупность животных на определенной территории; микробиоценоз – совокупность микроорганизмов, населяющих почву; микоценоз – совокупность грибов. Однородное природное жизненное пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом (экотопом).

Простым показателем разнообразия биоценоза является общее число видов, или видовое богатство. Если какой-либо вид организма количественно преобладает в сообществе, то такой вид называется доминантой, или доминирующим видом. Распределение видов, составляющих биоценоз, в пространстве называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную (образованную ярусами: первый - древесный ярус, второй – подпологовый ярус, травяно-кустарниковый ярус, мохово-лишайниковый ярус) и горизонтальную структуру биоценоза (образующую различного рода узорчатость, пятнистость вида и т.д.).

Компоненты, образующие биоценоз, взаимосвязаны. Изменения, которые касаются только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад.

Биоценоз связан с факторами неживой природы (абиотическими), при этом образуется биогеоценоз, представляющий исторически сложившееся единство биоценоза и неживой среды обитания организмов на определенной территории.

 

Биогеоценоз - устойчивая, саморегулирующаяся, динамическая, взаимосвязанная, уравновешенная система живых компонентов (биотоп) и компонентов неживой природы (экотоп).

 

Термин «биогеоценоз» ввел В.Н. Сукачев в 1940г.

 

СХЕМА БИОГЕОЦЕНОЗ!!!!

Основные показатели характеристики биогеоценозов :

 

1. Видовое разнообразие - число видов растений и животных, образующих данный биогеоценоз.

2. Плотность популяции - количество особей данного вида на единицу площади.

3. Биомасса - общее количество органического вещества, всей совокупности особей с заключенной в ней энергией. Биомассу обычно выражают в единицах массы в перерасчете на сухое вещество на единицу площади или объема.

Чем выше эти показатели биогеоценоза, тем он масштабнее и стабильнее.

В 1935 г. английский ботаник А.Тенсли ввел в биологию термин «экосистема». Он считал, что экосистемы «с точки зрения эколога представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, - факторы местообитания в самом широком смысле».

Экосистема представляет собой единство живых организмов и среды их обитания с потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Экосистема обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Размер экосистем не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем), поэтому под экосистемой обычно понимают совокупность компонентов биотической (живые организмы) и абиотической среды с полным биотическим круговоротом. Экосистемами являются такие природные образования, как океан, море, озеро, луг, болото. Экосистемой может быть кочка на болоте и гниющее дерево в лесу с живущими на них организмами, муравейник с муравьями. Самой большой экосистемой является планета Земля.

 

Свойства экосистем

 

 

Устойчивость -способность выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями

Саморегуляция -способность поддерживать определенную численность особей популяций в сообществе

 

По масштабам экосистемы можно разделить на:

микроэкосистема - лесная подстилка, пень, кора дерева;

мезоэкосистема (экосистема среднего масштаба) – лес, луг, болото, степь; макроэкосистемы - море, океан, пустыня.

В экологии термины «биогеоценоз» и «экосистема» чаще всего рассматриваются как синонимы.

Единицей классификации экосистем является биом – природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.

Биомы: тундра, тайга, листопадные леса умеренной зоны, хвойные леса, степи, пустыни, болота, тропические саванны и леса, океан и др.

 

Для естественной экосистемы характерны три признака:

1.Совокупность живых и неживых компонентов;

2.Полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3.Сохранение устойчивости в течение определенного времени.

 

Живыми компонентами экосистемы являются автотрофные (зеленые растения) и гетеротрофные организмы (животные, человек, грибы, бактерии); неживыми – солнечная энергия, почва, вода и др.

Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Круговорота энергии в экосистеме не бывает, энергия используется только один раз. Круговорот веществ в экосистеме осуществляется живыми организмами (продуцентами, консументами и редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ.

 

Основу любого биогеоценоза (экосистемы) составляют:

1. Продуценты - ( зеленые растения, автотрофы) - производители органических веществ.

2. Консументы -(гетеротрофные животные, грибы, паразитические растения, бактерии) – потребители органики.

3. Редуценты – ( бактерии) - разрушающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое.

 

Именно устойчивые (стабильные) экосистемы, в которых постоянно протекает обмен веществ, обеспечивают поддержание жизни на нашей планете. Экосистемы находятся в постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. В них постоянно поступают энергия солнца, минеральные вещества почвы и газы атмосферы, а выделяются - теплота, кислород, диоксид углерода, продукты жизнедеятельности организмов. СХЕМА

	Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания

Основу связей между популяциями биогеоценоза обусловливает характер питания особей и способы получения ими энергии. В биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии служит солнце. Поток энергии имеет однонаправленный характер. Энергия излучения солнца в биогеоценозепреобразуется в различные формы: в энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Однако существуют биогеоценозы, не включающие автотрофные растения, например, экосистемы больших глубин океанов или пещер. Но во всех биогеоценозах подобного типа обязателен приток энергии извне в форме органических веществ, которые как бы заменяют энергию Солнца.

Живые компоненты экосистемы связаны межвидовыми и внутривидовыми отношениями. Они связаны с неорганическими элементами среды и зависят от них. Это обеспечивает устойчивость экосистемы, способность ее к саморегуляции, восстановлению (регенерации) структуры.

Взаимодействие организмов, занимающих определенное место в биологическом круговороте, называется трофической структурой биоценоза. Перенос веществ и заключенной в них энергии от автотрофов к гетеротрофам, что происходит в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью (цепью питания, трофической цепью).

Совокупность организмов, объединенных одним типом питания и занимающих определенное положение в пищевой цепи, носит название - «трофический уровень». Первый трофический уровень занимают автотрофы (зеленые растения) – продуценты; второй – растительноядные животные (фитофаги, консументы первого порядка); третий – хищники, питающиеся растительноядными животными (консументы второго порядка); вторичные хищники (консументы третьего порядка) и паразиты вторичных консументов образуют четвертичный трофический уровень.

 

СХЕМА

 

Цепи питания могут быть короткими и длинными. Например: растения - травоядные животные- хищники. Длинные: водоросли - водные беспозвоночные животные - мелкие рыбы - хищные рыбы - человек. Почти всегда цепи питания начинаются растениями - автотрофами. Энергия солнца используется растениями для синтеза органических веществ, являющихся пищей для животных. Около 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растение, превращается в потенциальную энергию химических связей синтезированных органических веществ и может быть использовано в дальнейшем гетеротрофами. Когда животное поедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-20% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Если хищник поедает травоядное животное, то снова теряется большая часть заключенной в пище энергии. Вследствие таких больших потерь полезной энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными (не более 3-5 звеньев - пищевых уровней).

СХЕМА

В 1942 году американский эколог Р.Линдеман сформулировал закон пирамиды энергии, согласно которому с одного трофического уровня на другой через пищевые цепи переходит в среднем 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.

При передаче энергии от одного организма к другому происходит ее рассеивание. Усваивается последующим звеном в цепи питания только 10 процентов поглощенной энергии, (до 90% теряется), поэтому в каждом последующем звене цепи питания количество биомассы уменьшается. Образуется экологическая пирамида - чисел, биомасс, энергии с широким основанием и узкой вершиной. Конечное звено многоярусной цепи в несколько десятков раз меньше по массе, чем начальное звено.

Трофическую структуру биоценоза и экосистемы обычно отображают графическими моделями в виде экологических пирамид, разработанных английским зоологом Ч.Элтоном (1927 г.).