Лекция 12. экологические факторы

Живые организмы не могут существовать вне окру­жающей их среды со всем многообразием ее природных элементов и условий. К элементам окружающей среды от­носят атмосферный воздух, воду, почвы, горные породы, ландшафты и т.д. Природные условия — это прежде всего климатические и погодные условия, а также условия, соз­данные человеком и ранее не существовавшие в природе. Участвуя в биотическом круговороте веществ, живые орга­низмы находятся в непрерывной связи с окружающей сре­дой. Кроме того, через органы чувств организмы получают из окружающей среды различную информацию. Такой ин­формацией является снижение температуры окружающей среды, уменьшение потока солнечной энергии, недостаток или избыток воды. Полученная информация используется организмом для выработки приспособительных реакций. Эти информационные сигналы экологи называют экологи­ческими факторами.

Экологический фактор — это любой элемент или условие окружающей среды, оказывающие на организм внешнее воз­действие и вызывающее у него приспособительные реакции.

Окружающая среда характеризуется большим количе­ством экологических факторов. Их можно разделить на две категории: факторы неживой (косной) природы — абио­тические (абиогенные)и факторы живой природы — био­тические (биогенные).По своему происхождению эти две категории факторов могут быть как природными,так и ан­тропогенными(греч. anthropos — человек). Антропогенные факторы — факторы, обязанные своим происхождением че­ловеку. Так, выбросы S0₂ в атмосферу могут быть как при извержении вулканов (природный абиотический фактор), так и при сжигании ископаемого топлива в котельных (ан­тропогенный абиотический фактор).

Абиотические факторы делятся на физические и хими­ческие. Основные абиотические факторы: солнечное излучение, влажность воздуха, температура окружающей среды, атмосферные осадки, атмосферное давление, хими­ческий состав воздуха, почвенный покров, водная среда, ио­низирующее излучение.

Согласно классификации экологических факторов по степени их постоянства то есть по их периодичности, которую предложил А. С. Мончадский, различают следующие три группы факторов: 1) первичные периодические факторы – это факторы, действие которых началось до появления жизни на Земле и живые организмы должны были сразу к ним адаптироваться (суточная периодичность освещенности, сезонная периодичность времен года, лунные ритмы и т.д.); 2) вторичные периодические факторы – это факторы, являющиеся следствием первичных периодических факторов (влажность, температура, динамика нищи, содержание газов в воде и т.д.); 3) непериодические факторы – это факторы, не имеющие правильной периодичности или цикличности (эдафические факторы, антропогенные факторы, содержание загрязняющих веществ в воде, атмосфере или почве и т.д.).

Воздействие экологических факторов на организмы

Экологические факторы не являются постоянными, некоторые из них носят ярко выраженный динамический характер (суточные и годовые колебания температуры, по­ступлений солнечной энергии и т.д.)

Кроме природных изменений экологических факторов, имеются и антропогенные изменения. Вмешательство чело­века в природные системы также изменяет экологические факторы. Так, создание крупных водохранилищ изменяет климат на обширной прилегающей территории.

Формирование живых организмов происходит под непре­рывным воздействием экологических факторов. Каждый организм может существовать и давать жизнеспособное потомство в строго определенных границах наследственно закрепленных экологических факторов.

Любому живому организму для обеспечения процессов жизнедеятельности необходимы различные вещества, при­чем некоторые из них в крайне малых количествах. Немец­кий агрохимик, член-корреспондент Петербургской ака­демии наук Юстус Либих в 1840 г. разработал теорию минерального питания растений. Он установил, что раз­витие и урожайность растений зависит не от тех питатель­ных веществ, которые присутствуют в изобилии, а от тех, которые необходимы в очень, незначительных количествах.

Как выяснилось позже, этот закон справедлив не только для растений, но и для всех живых организмов. Современ­ная трактовка этого закона, называемого законом мини­мума Либиха, следующая: экологические факторы, значе­ния которых приближаются к минимуму (лимитирующие факторы), наиболее существенно ограничивают развитие организмов, несмотря на оптимальное значение остальных факторов.

Лимитирующими факторами могут быть любые экологи­ческие факторы: недостаток влаги, света, тепла, отсутствие в почве питательных веществ и др. Так, недостаток влаги ограничивает распространение малоподвижных животных в пустынях и полупустынях. В морях, водоемах лимитиру­ющим фактором развития организмов является недостаток азота и фосфора. Смыв азотных и фосфорных удобрений в водоемы при неправильном их внесении приводит к бур­ному развитию водорослей и других растений и в конечном итоге — к зарастанию водоема.

Американский зоолог профессор Иллинойского уни­верситета Виктор Э. Шелфорд (1877-1968) при изучении действия лимитирующих факторов на насекомых в 1913 г. пришел к выводу, что лимитирующим фактором процвета­ния организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия. Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантно­сти (выносливости) организма к данному фактору. Это по­ложение называют законом толерантности Шелфорда. Из данного закона вытекает важнейшее следствие: любой избыток вещества или энергии вреден для организмов и яв­ляется загрязнителем окружающей среды. Так, исследова­ния рыб в водоемах, связанных с системой конденсации ТЭЦ и соответственно имеющих повышенную температуру воды, показали повышенную смертность в их популяции. Рыбы тратили большое количество энергии на охлаждение организма, а результате энергии на обеспечение других про­цессов жизнедеятельности не хватало.

Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить общий характер их воздействия на организм.

При небольших значениях или при чрезмерном воздействии фак­тора жизненная активность организма заметно угнетается. Наиболее эффективно действие фактора не при минимальных или максималь­ных его значениях, а при некотором его значении, оптимальном для данного организма. Диапазон действия, или зона толерантности (вы­носливости), экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума) данного фактора, при которых возможно существование организма. Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора — это точка оптимума. Так как определить опти­мальное значение фактора с высокой точностью бывает трудно, го­ворят о диапазоне значений последнего — о зоне оптимума или зоне комфорта. Таким образом, три точки (оптимума, минимума и мак­симума) составляют три кардинальные точки, которые определяют возможные реакции организма на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при недостатке или из­бытке фактора, называют зонами пессимума. Рядом с критическими точками лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности — летальные значения фактора, при которых наступа­ет гибель организма.

Условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетаю­щее действие, в экологии часто называют экстремальными. Рассмотренные выше закономерности воздействия экологических факторов на живые организмы и характер ответных реакций послед­них известны как «правило оптимума».

Таким образом, основной смысл законов Либиха и Шелфорда заключается в том, что рост и развитие организмов существенно зависят от тех экологических факторов, значе­ния которых приближаются к минимуму или к максимуму, т. е. как недостаток, так и избыток экологических факторов для организмов одинаково вреден (рис.).

Из сказанного следует важнейшее правило охраны окру­жающей среды: охранять окружающую среду — значит обе­спечивать состав и режимы экологических факторов в пре­делах унаследованной толерантности живого организма.

При выходе количественного значения экологического фактора за критические точки наступает гибель организма. Теоретически кривая на рис. 3.6 является симметричной.

Следует отметить, что величина толерантности для раз­личных организмов при одном и том же факторе различна. Способность организма адаптироваться к определенному диа­пазону изменения экологического фактора называют экологи­ческой пластичностью. По степени пластичности различают два типа организмов: стенобионтные и эврибионтные.

Величина толерантности для определенного экологиче­ского фактора у стенобионтных(греч. stenos — узкий, тес­ный) организмов достаточно небольшая. В отличие от них эврибионтные (греч. eurus — широкий) организмы могут существовать при значительно больших изменениях дан­ного фактора. Это означает, что стенобионты экологиче­ски непластичны, а эврибионты, наоборот, обладают эко­логической пластичностью. Так, к стенобионтам относят типичных обитателей только пресных (карась) или только соленых вод (камбала). Трехиглая колюшка, напротив, мо­жет жить как в пресной, так и в соленой воде, т.е. является эврибионтом.

Организмы, живущие в условиях достаточно стабильных значений экологических факторов, утрачивают экологиче­скую пластичность. И наоборот, существенные изменения значений факторов, конечно же, в пределах величины толе­рантности приводят к повышению экологической пластич­ности. В биосфере больше распространены эврибионты, стенобионтов значительно меньше.

ЛЕКЦИЯ №13. СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМОВ.