Экологические факторы и закономерность их действия на живые организмы
Цель занятия -изучить понятие об экологических факторах (ЭФ) как неделимых элементах среды, оказывающих прямое или косвенное влияние на живые организмы; познакомится с понятием толерантность вида; научится применять концепцию лимитирующего фактор и предел толерантности в практической деятельности.
Экологические факторы – это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые указывают непосредственное действие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и особями других популяций. Разнообразные экологические факторы классифицируются по нескольким критериям. Наиболее распространенная классификация – по характеру действия и природе источника – подразделяет экологические факторы на: абиотические, биотические и антропогенные. Нужно иметь представление о характеристиках и действии абиотических факторов (свет, температура, влажность и др.) на живые организмы и их приспособлениях к действию этих факторов, а биотические факторы необходимо рассматривать при изучении свойств популяций и сообществ. Следует отметить, что определенные приспособительные реакции организмов создались в результате длительной эволюции. Следует изучить различные виды адаптации живых организмов к экологическим факторам и правила, ими управляющие (Аллена, Бергмана, Глогера), усвоить, что такое жизненная форма организма.
Необходимо ознакомиться с основными законами экологии: биогенной миграции атомов и необратимости эволюции, положениями Б. Коммонера, законами минимума Ю. Либиха и толерантности В. Шелфорда и правилами, их дополняющими. Необходимо осмыслить их практическое значение.
Центральной концепцией этой темы является концепция лимитирующего фактора. Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных значений; от него в данный момент зависит выживаемость особей; веществом, присутствующем в минимуме управляется рост.В совокупности факторов окружающей среды всегда есть фактор, который в наибольшей степени влияет на состояние организма из-за того, что находится либо в недостатке (минимуме), либо в избытке (максимуме). Такой фактор называется лимитирующим. Правило действия лимитирующих факторов определяет закон толерантности В. Шелфорда (1913). Лимитирующим фактором процветанияорганизма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Этот закон расширяет действие установленного ранее закона минимума Ю. Либиха (1840), согласно которому активность жизнедеятельности организма ограничивает фактор, находящийся в относительном минимуме. Студент должен научиться выделять лимитирующие факторы из условий окружающей среды, выражать относительную степень толерантности экологическими терминами при помощи понятий стенобионты (узкий) и эврибионты – (широкий) специфические виды.
Практические задания
Задание 1. Выделение экологических факторов из элементов окружающей среды.
Из списка элементов окружающей среды выделите, согласно определению, экологические факторы. Разделите ЭФ на группы в соответствии с их характером. Определите способ воздействия (прямой или косвенный) ЭФ на живые организмы. Ответ оформите в виде таблицы.
Элементы окружающей среды: атмосферное давление; концентрация кислорода в атмосфере; концентрация углекислого газа в атмосфере; температура воздуха; температура воды в водоеме; глубина водоема; ионизирующая радиация; химический состав грунта в водоеме; поедание травоядных хищниками; вырубка леса; наличие паразитов в организме; размножение организмов; влажность воздуха; тип почвы; концентрация ртути в почве; выедание листвы деревьев гусеницами насекомых-вредителей; освещенность в лесу; плотность деревьев в лесу; плотность населения в регионе; лесной пожар.
Задание 2. Изучение реакции организмов на воздействие температуры.
По данным таблицы 1., прил. 1. постройте график влияния температуры на жизнедеятельность данных организмов. На графиках выделите зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности, угнетения (пессимума), укажите верхний и нижний пределы выносливости. Подберите термин для выражения относительной степени толерантности этих видов по отношению к температуре.
Дайте характеристику температуры как экологического фактора.
Методические рекомендации: Эффект воздействия ЭФ зависит не только от его характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом. У всех организмов выработались в процессе эволюции приспособления к восприятию ЭФ в определенных количественных пределах. Для каждого вида организмов существует конкретная доза ЭФ, наиболее благоприятная для него. Уменьшение или увеличение этой дозы относительно пределов оптимального диапазона снижает жизнедеятельность организма, а при достижении максимума или минимума вообще ведет к его гибели.
Задание 3. Выделение биологических ритмов.
Какие из перечисленных явлений природы можно назвать биологическими ритмами и к какому типу ритмов они относятся? Ответ оформите в виде таблицы:
Явления природы: листопад у тополя; цветение одуванчиков; диапауза у соснового шелкопряда; размножение аскариды; линька у зайца; линька у таракана; миграции у аистов; анабиоз высохших лишайников; размножение у волков; ночной сон косуль; размножение бактерий в мясном бульоне; поворачивание головки подсолнуха.
Задание 4. Выявление лимитирующего фактора.
Используя знания, полученные при изучении других учебных дисциплин, укажите те экологические факторы, которые являются наиболее важными для следующих групп организмов: наземные растения, в том числе растения лесов и степей; наземные животные; растительность стоячих водоемов (озер, прудов); растительность текучих водоемов (ручьев, горных и равнинных рек); водные животные.
Приведите примеры типичных представителей указанных групп организмов.
Задание 5. Определение экологической пластичности различных видов.
Вспомните, как называются организмы с широким и узким пределами толерантности по отношению к важнейшим экологическим фактора: свету; температуре; солености; пище; выбору места обитания.
Отнесите перечисленные виды организмов к той или иной экологической группе по известным вам признакам: одуванчик лекарственный; ковыль перистый; сосна сибирская; ива карликовая; воробей домовый; крыса серая; черепаха болотная; пингвин императорский; ландыш майский; сорока обыкновенная; тетерев-косач; волк серый (обыкновенный); медведь бурый; верблюд двугорбый; кандык сибирский; ящерица обыкновенная; бактерии.
Вопросы для самопроверки
1. Какие элементы среды называют экологический фактор (ЭФ)? Дайте характеристику ЭФ: абиотическими, биотическими, антропогенными?
2. Какие существуют классификации ЭФ? Укажите принципы положенные в их основу.
3. Как действуют ЭФ в пространстве и времени?
4. Назовите формы адаптации живых организмов к абиотическим факторам.
5. Дайте определение биологических ритмов (циклов).
6. В чем различие между эндогенными ритмами? Какова природа возникновения экзогенных ритмов?
7. Что такое фотопериодизм? Каково его значение в существовании растений и животных?
8. Какие приспособления к неблагоприятным сезонным факторам среды существуют у растений и животных?
9. Что такое экологическая пластичность (толерантность) вида?
10.Что такое эври- и стенобионтные виды?
11. Какой экологический фактор называют лимитирующим? Закон Ю. Либиха.
12. Сформулируйте правило минимума. Кто его автор?
Организм и среда жизни
Цель занятия - изучить основные среды жизни и формы адаптации к ним живых организмов.
Среда - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.
На нашей планете можно выделить четыре основные среды обитания живых организмов, сильно различающиеся по специфике своих условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы, обитая в воздушно-наземной среде, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой стали сами живые организмы.
Водная среда обитания.
Вода как среда обитания имеет целый ряд специфических свойств, таких как сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и т. д. Водоемы и отдельные их участки различаются солевым режимом, скоростью течения, содержанием взвешенных частиц. Обитающие в водной среде организмы получили название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды.