Ген → клетка → орган → организм → популяция → сообщество (биоценоз).

Южно-Уральский государственный университет

Дисциплина: Экологические основы охраны природы и рационального природопользования (краткий курс)

Л Е К Ц И Я 2

Тема: Среда обитания и действие факторов среды

(организм – единая система, среды жизни, факторы среды и общие закономерности их воздействия, абиотические факторы и приспособления к ним, биологические часы и биологические ритмы, биотические факторы и приспособления к ним, антропогенные факторы, экологические группы организмов, жизненные формы организмов)

Рис. Иерархия биологических систем

Главные уровни организации жизни:

ген → клетка → орган → организм → популяция → сообщество (биоценоз).

организм – единая система

Организм как любое живое существо, отличается определённой совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная организация и обмен веществ (метаболизм), поддерживающий постоянство внутреннего строения и функционирования организма, позволяют обеспечивать ему самовозобновление. Живым организмам присущи движения, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, а также различные поведенческие, морфолого-анатомические, физиологические приспособления к условиям существования – адаптации. В результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают «выгодные» признаки своему потомству. Онтогенез – это совокупность последовательных морфолого-анатомических и физиологических преобразований претерпеваемых организмом за весь период своего роста, развития и жизни. У некоторых насекомых он бывает сложным, с метоморфозом.

Среда обитания – часть природы, окружающая живой организм и оказывающая на него прямое (свет, тепло) или косвенное (рельеф, который обуславливает увеличение или уменьшение действия прямых факторов – влажность, ветер) воздействие. Взаимодействуя с абиотической средой, организм выступает как целостная система: изменение одних частей или функций организма неизбежно влечёт за собой изменение других его частей и функций, поскольку все они взаимозависимы и взаимосвязаны.

Среды жизни

Ø Водная (элементы-факторы – температура, плотность, солёность, скорость течения, содержание органических веществ, свойства грунта, поглощение света, насыщенность кислородом): здесь возникла жизнь. Отличительные особенности: высокая плотность (~1,354г/см²), большие перепады давления (1атм на 10м глубины), невысокая интенсивность солнечного излучения вблизи поверхности и его отсутствие на глубине, жёсткий (сравнительно стабильнее) температурный режим, пониженное содержание кислорода (~1%).

Ø Наземно-воздушная (элементы-факторы – температура воздуха, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света, характер рельефа): более сложная, требует более высокой «организации», освоена позже. Отличительные особенности: невысокая плотность, высокое содержание кислорода, небольшое содержание воды и пара, определённый химический состав воздуха, интенсивное солнечное излучение, большие перепады температур.

Ø Почвенная (элементы-факторы – структура, хим.состав, влажность): среда обитания для множества микро- и макроорганизмов эдафобионтов или геобионтов и корней растений. Отличительные особенности: плотная среда с большим сопротивлением движению.

Ø Сам организм (элементы-факторы – обилие пищи, относительная стабильность условий, защищённость от неблагоприятных внешних факторов, активное сопротивление организма хозяина): среда обитания для паразитов, симбионтов – организмов примитивных, вторично упрощённого строения. Отличительные особенности: ограниченность жизненного пространства, сложность снабжения кислородом, трудности с расселением, защитные реакции хозяина.

Адаптации – специфические приспособления организма к обитанию в определённой среде, выработанные в ходе эволюции и выражающиеся в изменении внешнего и внутреннего строения, физиологических функций, поведения.

факторы среды и общие закономерности их воздействия

Элементы среды – безразличные компоненты, формирующие окружение вокруг организма, но на сам организм никак не влияющие.

Экологические факторы – все те свойства среды, которые оказывают какое-либо воздействие на организмы.

Постоянная изменчивость отличает экологические факторы от элементов среды. Некоторые факторы могут в зависимости от обстоятельств играть роль либо средообразующих, либо экологических (например: вода).

Ø Абиотические – факторы неживой природы: а) климатические, б) почвенно-грунтовые, в) геоморфологические, г) гидрологические, д) другие.

Ø Биотические – факторы живой природы, т.е. воздействие живых существ друг на друга и на среду.

Ø Антропогенные – факторы влияния человеческой деятельности как на среду, так и на сами организмы.

Различают факторы постоянные (радиация, рельеф, солевой состав океана, состав литосферы) и изменчивые, которые тоже делятся на: а) регулярно-периодические, б) нерегулярные. в) направленные.

По характеру действия факторы могут влиять как: а) раздражители (вызывают изменение функций организма), б) ограничители (делают невозможным существование), в) модификаторы (вызывают изменение строения организма), г) предупреждающие сигналы (говорят о приближающихся изменениях других факторов).

В характере воздействия факторов на организмы и в ответных реакциях можно выделить ряд закономерностей:

Ø Закон оптимума: Диапазон наиболее благоприятного воздействия фактора на жизнедеятельность определённого организма или вида называется зоной оптимума или экологического комфорта (зона выживания популяции).Зона пессимума – это условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетена, но он ещё может существовать (зона адаптации, зона выживания особи). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых происходит гибель организмов.

Ø Закон экологической валентности или толерантности В.Шелфорда: «Верхние» и «нижние» критические пределы переносимости организмами того или иного фактора называются пределами толерантности. Диапазон между критическими точками называется экологической валентностью, толерантностью, областью экологической нормы реакции данного вида организмов по отношению к данному фактору среды, и определяется способностью организма выдерживать изменения этого фактора. Эврибионтные – виды, которые имеют широкие границы устойчивости и способны существовать в условиях широкого диапазона действия фактора, что определяет их широкое распространение и хорошую приживаемость в разных местах. Стенобионты – виды, способные жить в условиях лишь мало меняющегося действия фактора, что определяет узость их ареала обитания и, следовательно, высокую уязвимость. (эвритермные – стенотермные, эврибатные – стенобатные и т.п.) У каждой особи своя специфичная совокупность черт и свойств наследственных и приобретённых, которая хоть немного, но отличает её от других особей этого же вида. Это называется экологической индивидуальностью особи в пределах, характерных для всего вида.

Ø Правило независимости. К каждому из факторов адаптация вида происходит независимо.Набор экологических валентностей к разным факторам среды создаёт экологический спектр вида.

Ø Правило взаимодействия факторов. Действие одного фактора не замещается действием другого, но оптимальная зона и пределы выносливости организмов могут смещаться в зависимости от того, с какой силой действуют в это же время другие факторы.

Ø Закон минимума Либиха: жизнедеятельность организма определяется фактором, находящимся в минимуме.

Ø Правило лимитирующих факторов.Лимитирующим, т.е. ограничивающим, фактором называется тот, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма. Именно эти факторы определяют распространение видов на Земле. Не все факторы не везде и не всегда имеют одинаковое экологическое значение. Оно может меняться и в пространстве, и во времени в зависимости от обстоятельств.

Выносливость – способность живой системы переносить длительные возмущения, подстраивая под них свой «внутренний баланс», но конечно до определённого предела.

Устойчивость, резистентность – способность живых систем противостоять негативным воздействиям и возвращаться к исходному или близкому к исходному состоянию при возвращении благоприятных условий.

Гомеостаз – постоянство свойств и функций живых систем, обеспечиваемое внутренними регуляторными механизмами даже при изменениях факторов среды.

Абиотические факторы и приспособления к ним

Вода. Наиболее важный фактор. Водный обмен оказывает глубокое влияние на терморегуляцию организмов. Поэтому адаптации к поддержанию водного баланса (между поступлением и расходованием влаги) наиболее важны для любого организма. По отношению к воде организмы разделяются на: а) гидрофильные (любят воду), б) мезофильны (с умеренной потребностью в воде) и в) ксерофильные (засухоустойчивые). Способы регуляции водного баланса: а) поведенческие и жизнеритмические, б) морфолого-анатомические, в) физиологические (метаболические).

Климатические факторы.

Температура. В зависимости от географической широты местности, времени года и времени суток температурный фактор имеет значительные колебания. Все организмы можно разделить на теплолюбивые и холодостойкие. Способы регуляции теплового баланса такие же разнообразные. Организмы, не имеющие механизмов регуляции температуры тела и зависящие от температуры окружающей среды, называются хладнокровными. Это все растения и животные (у позвоночных пойкилотермные). Животные с хорошей способностью поддерживать постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды являются теплокровными. Это птицы и млекопитающие – гомойотермные.

Свет. Особенно важен в жизни растений. Единственный источник энергии на Земле. Изменения освещённости определяют режим активности всех организмов. Зависимость от продолжительности светового дня называетсяфотопериодизмом.

Снежный покров. Средообразующий фактор. Важны теплоизоляционные свойства, глубина влагонаполненность снега. Для некоторых животных это лимитирующий фактор – копытные, волки и др. Очень бывает страшен плотный наст или джут (корка льда).

Ветер. Влияние может быть прямым (механическим, иссушающим и нарушающим газообмен растений, лимитирующим опыление растений) или косвенным (почвоэрозийным, засыпание песком или снегом). Важны сила, направление и периодичность ветров.

биологические часы и биологические ритмы

Цикличная зависимость изменений жизнедеятельности от времени суток называется биологическими часами. Ритмы, период которых равен или близок к 24 часам называются циркадными. В «настройке» этих часов играют роль различные факторы, в частности температура и свет. Различают виды дневного, сумеречного и ночного образа жизни.

Цикличная зависимость изменений жизнедеятельности организмов (образа жизни, скорости физиологических процессов, некоторых черт внешнего и внутреннего строения) от времени года, или лунного месяца, или иных астрономических явлений называется сезонными биологическими ритмами. Это приливы-отливы, засухи – сезоны дождей, зима-лето, полярные день и ночь. Для наших умеренных широт основным «надёжным» сигналом, извещающим животных о смене сезонов года, является долгота дня.

Биотические факторы и приспособления к ним

Влияние растений – фитогенные факторы, влияние животных – зоогенные факторы. Они могут быть прямые или косвенные, полезные или вредные. Их действие вызывает у лбъектов целый ряд ответных адаптаций. Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный, своеобразный и разнообразный характер. Подробно мы их рассмотрим на одной их последующих лекций.

Антропогенные факторы

Это «искусственное» уничтожение или изменение природных объектов. Оно может быть различным по силе, по объектам воздействия, по охватываемому пространству, по продолжительности и повторяемости, сознательным или случайным, стойким или нестойким, прямым или опосредованным, обратимым или необратимым, обладающим выраженным или скрытым следовым эффектом, вызывающим цепные реакции.О значении этих факторов мы говорили на предыдущей лекции.

Экологические группы организмов

Отражение разной приспособленности живых организмов к тому или иному фактору среды выражается в разделении всего их многообразия на экологические группы по этому фактору. В основу множества разработанных классификаций положены: способы добывания пищи, объекты питания, способы передвижения, отношение к температуре, влажности, освещённости, солёности, давлению среды и т.п.

По способу питания:

автотрофы

гетеротрофы.

хемотрофы

По объектам питания:

насекомоядные

плотоядные

плодоядные

семеноядно-зерноядные

зеленоядные

всеядные

сапрофаги