Основные законы «организм-среда обитания»

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни организма и популяции, в состав которой он входит. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организмов и поэтому называется лимитирующим фактором. В 1840 г. Юстас Либих экспериментально доказал, что «рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве» и сформулировал «закон минимума». Обобщенно закон минимума можно сформулировать так: жизнеспособность организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Дальнейшие исследования показали, что лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток различных факторов, например, тепла, воды, солей или освещенности. Следовательно, жизнь организма ограничивается не только минимумом, но и максимумом экологического фактора. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел в 1913 г. В. Шелфорд. Он сформулировал закон толерантности, определив толерантность как способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды. Согласно этому закону, лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости - предел толерантности.

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной пессимума (угнетения). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. Толерантность («терпимость») организмов имеет ряд особенностей, которые в некоторых случаях нельзя не учитывать:

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.

2. Если организм находится в неоптимальных условиях по одному экологическому фактору, то его диапазон толерантности может сузиться в отношении других факторов.

3. Недостаток одного фактора в некоторых случаях можно компенсировать избытком другого.

Вследствие этого, виды с широким диапазоном толерантности ко всем факторам наиболее широко распространены в природе. Для того чтобы охарактеризовать степень толерантности видов, в экологии существует ряд терминов, в которых используются приставки стено , что означает узкий, и эври - широкий. Например, стенотермные виды живут в узком температурном диапазоне, а эвритермные - в широком, стенобиотные в строго определенных экологических условиях, а эврибиотные - могут приспосабливаться к самым разнообразным условиям и т.п.

Разные экологические факторы, действуя одновременно, могут изменять зону оптимума и пределы выносливости организма. Это явление получило название взаимодействия экологических факторов. Общеизвестно, что жару легче переносить при сухом, а не влажном воздухе; угроза замерзания значительно выше при низкой температуре с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Происходит так называемая компенсация действия факторов. Взаимная компенсация имеет определенные пределы и полностью заменить один из факторов другим нельзя. Полное отсутствие хотя бы одного из необходимых условий делает жизнь организмов невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Следовательно, все условия среды, необходимые для поддержания жизни, играют одинаково важную роль, и любой фактор может ограничивать возможности существования организмов - в этом состоит закон равнозначности всех условий жизни.

Биологический вид может существовать только в том случае, если его генетические возможности приспособления соответствуют условиям окружающей среды. Каждый вид возник в определенной среде и в той или иной степени приспособился к ней. Если изменения условий окружающей среды выходят за рамки генетической пластичности вида, то вид не может приспособиться к новым условиям и вымирает. На этом, в частности, основана одна из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся, которая предполагает, что произошли резкие изменения абиотических условий на планете. Эти изменения могли быть вызваны падением метеорита, кометы или чрезвычайно высокой вулканической активностью. Крупные организмы менее изменчивы, чем мелкие, и для адаптации им нужно гораздо больше времени. Вследствие этого выжили преимущественно мелкие виды пресмыкающихся и млекопитающие. Поэтому коренные преобразования природы опасны для многих ныне существующих видов, в том числе и для самого человека.

Биосфера.

Биосфера- это оболочка Земли состав, структура и энергетика которой определяется деятельностью живых организмов. Верхняя ее граница охватывает часть атмосферы до высоты 20-25 км (до высоты озонового слоя), нижняя граница захватывает часть литосферы на суше 2-3км и 1-2км ниже дна океана. Таким образом, биосфера охватывает часть атмосферы, часть литосферы и всю гидросферу.

В пробах воздуха на высоте 15 - 20 км обнаруживаются различные микроорганизмы, споры грибов, бактерии. Верхнюю часть литосферы, состоящую из осадочных пород - известняка и мела, тоже можно отнести к биосфере, поскольку эти породы образованы из раковин одноклеточных организмов.

Развитие Вернадским учения о биосфере как о высшем уровне взаимодействия живой и неживой материи, по сути, и определило возникновение экологии, лежащей на стыке биологических наук и наук физико-химического и геологического циклов.

Итак, под биосферой мы понимаем тонкую оболочку Земли, в которой все процессы определяются жизнедеятельностью организмов. Мир живого - это единая система, пронизанная множеством разнообразных связей на всех уровнях своих подсистем. Недаром принято утверждать, что устойчивость биосферы как самоорганизующейся системы обусловлена и обеспечивается в течение всего времени ее существования исключительно разнообразием структуры и связей ее многочисленных подсистем.

Известно два основных определения понятия «биосфера». Первое из них отражает изначальное понимание этого термина как единой совокупности существующих на Земле живых организмов. Второе определение, введенное В.И.Вернадским, носит более общий характер и рассматривает биосферу как сферу единства живой и неживой природы.

Феномен жизни требует одновременного выполнения огромного множества требований. Вернадский небезосновательно рассматривал его как естественную составляющего «стройного космического механизма» эволюции Вселенной. Действительно, весьма узкий диапазон физических параметров, определяющий пределы существования земной жизни, побуждает рассматривать ее возникновение и сохранение сквозь призму антропного принципа, согласно которому появление во Вселенной жизни и разума предопределены начальными условиями глобального процесса неуклонно восходящего развития материального мира.

Знакомство с основными этапами эволюции Вселенной убедительно показывает, что всякий раз на новый, более высокий уровень упорядоченности переходит лишь незначительная доля материи, для которой вероятность такого перехода оказывается реализованной..

Более двух миллионов современных видов живых организмов, составляющих биосферу, только вид Homo sapiens sapiens (именно так классифицирует теория антропогенеза современного человека) обладает тем качеством высшей нервной деятельности, которое называется разумом.

Итак, земной разум представляет собой явление уникальное или, по крайней мере, чрезвычайно редкое в масштабах Вселенной. По какому пути может пойти эволюционный процесс дальше, предсказать невозможно: эволюционные скачки случайны, неоднозначны и необратимы. Очевидно одно: для того, чтобы сохранить себя как биологический вид, человечество обязано преодолеть нарастающую угрозу экологической катастрофы в земной биосфере.

2. Некоторые вопросы прикладной экологии.