Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Астраханский государственный технический университет
Институт рыбного хозяйства, биологии и природопользования
Кафедра гидробиологии и общей экологии
ФАКТОРЫ СРЕДЫ И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ
ДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМЫ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Дисциплина «Экология»
для специальностей
280100.62 «Природообустройство и водопользование (Комплексное
использование и охрана водных ресурсов)», 111400.62 " Водные биоресурсы и
аквакультура", 111900.62 «Ветеринарно-санитарная экспертиза»
.
Астрахань
2015 г.
1
Соколова В.В., Зайцев В.Ф.
В
Факторы среды и общие закономерности их действии на организмы:
Методические указания по изучению дисциплины «Экология». АГТУ. –
Астрахань, 2015г. – 19 с.
Рецензент Грушко М.П., д.б.н., проф.
Методические указания «Факторы среды и общие закономерности их
действии на организмы» знакомит студентов биологических специальностей
с основами классификации экологических факторов и закономерностями
взаимосвязи
живых организмов со средой, на основные пути и формы
экологической
адаптации.
Предлагаемые
практические
задания
должны
способствовать развитию экологического мышления студентов.
Предназначены для студентов очной формы обучения по
специальностям 280100.62 «Природообустройство и водопользование
(Комплексное использование и охрана водных ресурсов)», 111400.62 "
Водные биоресурсы и аквакультура", 111900.62 «Ветеринарно-санитарная
экспертиза» АГТУ.
ББК
©
Астраханский
государственный
технический
университет, 2015
© В.В. Соколова, В.Ф.Зайцев,
2015
2
Содержание
Введение……………………………………………………………..4
Среда обитания и экологические факторы………………………..4
Общие закономерности совместного действия факторов
на организмы………………………………………………………..11
Практическая работа ……………………………………………….16
Литература…………………………………………………………..18
3
Введение
Организмы – это носители жизни, самостоятельные «ячейки» обмена
веществ. Они потребляют из окружающей среды необходимые вещества и
выделяют в нее ненужные им – продукты обмена, которые, в свою очередь,
могут быть использованы другими организмами. И не только продукты обмены,
но и сами организмы, как в жизни, так и после смерти, тоже становятся пищей
для других живых существ.
Все эти процессы обмена протекают в сложной, динамичной обстановке
естественной среды обитания, так как находятся под постоянным воздействием
комплекса факторов. Совокупность этих факторов составляют условия жизни
организма. Приспособления к постоянно меняющимся – в течение суток, года,
жизни – условиям жизни, или факторам среды, называются адаптациями.
Адаптации проявляются на всех уровнях биологического спектра – от биохимии
клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования
сообществ и экологических систем. Все адаптации выработаны исторически и в
результате их сформировались специфические для каждой географической зоны
сообщества растений и животных. Одной из главных задач экологии является
изучение адаптаций организмов и экосистем к условиям жизни, или
экологическим факторам.
Среда обитания и экологические факторы
В результате жизнедеятельности живых организмов происходит
постоянный обмен веществ. При этом организм потребляет из окружающей
среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые
могут быть использованы другими организмами; умирая, организм также
становится источником питания определенных видов живых существ.
Однако эти процессы находятся под постоянным воздействием
комплекса факторов естественной среды обитания.
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 обитания 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 организму, другие - необходимы, а третьи
оказывают отрицательное воздействие. Условия жизни, или условия
существования - это совокупность необходимых для организма элементов
среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может. Приспособления организмов к среде носят
название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств
жизни вообще, обеспечивающая самую возможность ее существования,
4
возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на
разных уровнях – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до
строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все
приспособления организмов к существованию в различных условиях
выработались исторически. В результате сформировались специфические для
каждой географической зоны группировки растений и животных.
Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые
организмы, называются факторами среды, или экологическими факторами.
Иначе
говоря,
комплекс
окружающих
условий,
влияющих
на
жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы
среды.
Следует отметить, что экологическим фактором является только
изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при
своем повторном изменении ответные приспособительные экологофизиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе
эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные
(рис. 1).
Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов
неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и
растений. Среди них различают: физические, химические, эдафические и др.
Физические факторы - те, источником которых служит физическое
состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.
Химические факторы — те, которые происходят от химического
состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.
Эдафические
(или
почвенные)
факторы представляют
собой
совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных
пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются
средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние
биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п.
на рост и развитие растений.
Климатические (солнечная радиация, свет и световой режим,
температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и
др.);
Орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад
высот, высота над уровнем моря);
Гидрографические (прозрачность
воды,
текучесть,
проточность,
температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и
органических веществ и др.);
Пирогенные (воздействие огня).
5
Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на
организм
Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности
одних организмов на жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые
взаимодействия), а также на неживую среду обитания. Классификация
биотических факторов: топические (в зависимости от изменения среды),
трофические (по пищевым отношениям между организмами), форические
(согласно возможности транспортировки одного организма другим),
фабрические (по месту жительства, к примеру, паразита в организме хозяина).
Влияние биотических факторов окружающей среды проявляется в виде
воздействия разных живых организмов на растения и всех вместе – на
окружающее пространство. Взаимодействия между организмами могут быть
прямыми и косвенными.
Кроме этого, биотические факторы классифицируются в зависимости от
формы взаимодействий организмов как одного, так и разных видов. Выделяют
внутривидовые и межвидовые взаимодействия организмов.
К внутривидовым факторам относятся факторы, действующие внутри
вида, на уровне популяций.
К внутривидовым биотическим факторам относятся демографические
6
факторы. В первую очередь это численность популяции и ее плотность - число
особей вида на определенной площади или в объеме. К биотическим факторам
популяционного ранга относятся также продолжительность жизни организмов,
их плодовитость, соотношение полов и т. д., которые в той или иной мере
влияют и создают экологическую ситуацию как в популяции, так и в биоценозе.
Кроме того, к этой группе факторов принадлежат особенности поведения
многих животных (этологические факторы), в первую очередь понятие
группового эффекта, используемого для обозначения морфологических
поведенческих изменений, наблюдаемых у животных одного вида при
групповой жизни.
Среди внутривидовых взаимодействий выделяют внутривидовую
конкуренцию. Внутривидовая конкуренция проявляется как соперничество
между особями одного вида. Чем более совпадают потребности у
конкурирующих особей, тем острее конкуренция. Поэтому основной результат,
к которому приводит конкуренция, - расхождение признаков у конкурирующих
особей, т.е. их дивергенция, завершающаяся формированием популяций.
Выделяют две основные формы внутривидовой конкуренции: прямую
конкуренцию, или интерференцию, и косвенную, или эксплуатационную,
конкуренцию. Интерференционная форма конкуренции осуществляется путем
непосредственного взаимодействия особей друг с другом, например, при
агрессивных столкновениях между особями, при выделении токсинов
микроорганизмами и др. Эксплуатационная конкуренция, в отличие от
интерференции, происходит опосредованно, когда каждая особь использует
какую-то часть общего ограниченного ресурса и этим снижает его долю,
приходящуюся на остальных. Примером может служить охрана некоторыми
животными своей территории, оповещение о занятости которой производится с
помощью различных сигнальных средств: стрекотания у сверчков, пения у птиц
и др.
Нередко во взаимоотношениях особей одного вида встречается и
кооперация. Стайный, стадный образ жизни многих животных (копытных,
котиков, обезьян) позволяет им успешно защищаться от хищников, обеспечить
выживание детенышей.
Взаимоотношения организмов разных видов весьма разнообразны. Среди
межвидовых форм взаимодействий выделяют: нейтрализм, симбиоз и
антибиоз.
Нейтрализм – тип отношений между видами, при котором они не
формируют сколько-нибудь значимых форм прямых взаимодействий. Виды,
характеризующиеся таким типом взаимоотношений, не оказывают друг на
друга заметного биологического воздействия.
Симбиоз - различные формы совместного существования организмов
7
разных видов выгодные для обоих видов или только для одного из них. По
характеру взаимоотношений между партнерами выделяют несколько типов
симбиоза: комменсализм, мутуализм, межвидовая взаимопомощь, кооперация.
Комменсализм - форма симбиоза, при которой комменсал получает за
счет другого симбионта одностороннюю пользу; присутствие его для хозяина
остается обычно безразличным. В качестве примера можно привести амебу,
обитающую в ротовой полости человека. Одной из разновидностей
комменсализма является синойкия, квартирантство, при которой комменсал
обитает в жилище животного - хозяина: в норах, гнездах и т.п. Квартиранты
обычно питаются остатками пищи хозяина, как это делают, например,
кольчатые черви, поселяющиеся в раковинах, занятых раками - отшельниками.
Мутуализм - форма симбиоза, когда оба симбионта получают взаимную
выгоду и ни один из них не может существовать без другого. Так, например,
живущие в кишечнике термита жгутиконосцы переваривают поглощенную им
клетчатку, которую он без их участия усваивать не может. Формой мутуализма
выступают
взаимоотношений
между
бобовыми
растениями
и
азотфиксирующими клубеньковыми бактериями, которые обитают на их
корневой системе.
Межвидовая взаимопомощь играет большую роль в борьбе за
существование. Примером могут быть птицы (сороки), предупреждающие об
опасности крупных копытных; птицы, уничтожающие личинок-паразитов под
кожей буйволов; птицы, очищающие пасть крокодилов от пиявок. В
растительном мире это взаимосвязи между энтомофильными растениями и
насекомыми-опылителями.
Кооперация - форма симбиоза, представляет собой длительное,
неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов организмов.
Например, отношения между раками-отшельниками и актиниями (актиния
использует рака для передвижения и одновременно служит ему защитой
благодаря ее стрекательным клеткам), часто усложняемые присутствием других
животных (например, полихетнереид), питающихся остатками пищи рака и
актинии.
Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один
из них испытывают отрицательное влияние. Различают следующие формы
антибиоза: межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, аменсализм.
Межвидовая конкуренция за пространство, пищу, свет, убежище и т. п., т.
е. любое взаимодействие между двумя или более популяциями, которое
отрицательно сказывается на их росте и выживании. Если два вида вступают в
конкуренцию за общие для них условия, один из них вытесняет другой. С
другой стороны, два вида могут существовать, если их экологические
требования различны.
8
При межвидовой конкуренции осуществляется активный поиск
представителями двух или нескольких видов одних и тех же пищевых ресурсов
среды существования.
Хищничество - отношение между хищником и жертвой, заключающееся
в поедании одного организма другим. Хищники — это животные или растения,
ловящие и поедающие животных как объект питания. Так, например, львы
поедают растительноядных копытных, птицы — насекомых, крупные рыбы —
более мелких. Хищничество одновременно полезно для одного и вредно для
другого организма.
В то же время все эти организмы необходимы друг другу. В процессе
взаимодействия «хищник — жертва» происходят естественный отбор и
приспособительная изменчивость, т. е. важнейшие эволюционные процессы. В
естественных условиях ни один вид не стремится (и не может) привести к
уничтожению другого. Более того, исчезновение какого-либо естественного
«врага» (хищника) из среды обитания может способствовать вымиранию его
жертвы.
Паразитизм - форма антагонистических взаимоотношений двух
организмов разных видов, когда один из этих организмов (паразит) использует
другого (хозяин) в качестве источника питания и среды обитания находясь
внутри или на поверхности его тела. Паразиты питаются переваренной пищей
или тканями хозяина.
Критерием паразитизма является специфичность, т. е. большая
зависимость паразита от конкретной таксономической группы, за счет которой
он существует, приобретая специализированные морфологические и
биологические приспособления к хозяину. Паразиты используют в пищу
организм хозяина постепенно, сохраняя его жизнь до окончания своего
жизненного цикла.
Среди паразитов различают эндопаразитов, живущих в теле своего
хозяина и питающихся его тканями или содержимым пищеварительного тракта
(паразитические черви, малярийный плазмодий). Эктопаразиты живут
преимущественно на коже хозяина и обладают достаточной подвижностью,
чтобы переходить от одного хозяина к другому (несекомые-гематофаги).
Аменсализм - взаимоотношения, при которых один вид создает
отрицательные условия для другого, однако сам при этом не испытывает
противодействия. Таковы взаимоотношения между плесневыми грибами,
продуцирующими антибиотики, и бактериями, жизнедеятельность которых при
этом подавляется либо существенно ограничивается.
Антропогенные факторы — факторы деятельности человека,
воздействующие на окружающую природную среду (загрязнение атмосферы и
гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).
9
Антропогенные факторы отражают интенсивное влияние человека
(непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на
окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все
формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к
изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно
сказываются на их жизни.
Существует еще несколько классификаций факторов окружающей среды.
Изменения факторов среды во времени могут быть:
— регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со
временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане;
— нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения
погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера —бури,
ливни, обвалы и т. п.;
— направленными на протяжении известных, иногда длительных,
отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата,
зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.
п.
По действию их можно разделить на прямодействующие и косвеннодействующие (опосредованные, модифицирующие). Прямодействующие: свет,
тепло, плодородие почв, влага (на растения), косвеннодействующие – они же,
но через цепи питания – на животных.
Но то же тепло может быть косвеннодействующим фактором – на почвах
с многолетней мерзлотой в муссонном климате летом наблюдается интенсивное
таяние
мерзлоты,
но
из-за
недостаточной
теплообеспеченности,
корнеобитаемому слою свойственны переувлажнение и анаэробиозис,
обусловливающие физиологическую недоступность для растений элементов
питания; в континентальном сухом климате мерзлота в почвенном профиле,
наоборот, в жаркую сухую погоду служит источником влаги и способствует
оптимизации водного режима почв. Другие косвеннодействующие факторы:
ветер (суровость погоды), течения (насыщ. кислородом), снежный покров.
Можно сгруппировать экологические факторы по периодичности
(периодический, непериодический), очередности (первичный, вторичный),
происхождению (космический, абиотический, биотический, биологический,
техногенный, фактор беспокойства, послепожарный и др.), среде возникновения
(атмосферный, водный, геоморфологический, эдафический, физиологический,
биоценотический, популяционный и др.).
Общие закономерности совместного действия факторов на
организмы
Понятие об оптимуме
Каждый организм, каждая экосистема развивается при определенном
10
сочетании факторов: влаги, света, тепла, наличия и состава питательных
ресурсов. Все факторы действуют на организм одновременно. Для каждого
организма, популяции, экосистемы существует диапазон условий среды –
диапазон устойчивости (рис. 2), в рамках которого происходит
жизнедеятельность объектов. Закон оптимума (лат. optimum – "наилучшее")
отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Есть
определенные границы действия каждого фактора, в пределах которых
жизнеспособность организмов возрастает. Это зона оптимума. При отклонениях
от данной зоны в сторону уменьшения или увеличения силы воздействия
фактора жизнеспособность организмов падает. Это зона угнетения, или
пессимума (лат. pessimus – "очень плохой"). Если действие фактора выходит за
определенные, минимально или максимально возможные для вида пределы,
организмы погибают. Губительное значение фактора называют критической
точкой.
Рисунок 2 – Зависимость действия экологического фактора от его
интенсивности
Для каждого вида растений (животных) существуют оптимум,
стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении
каждого средового фактора. При значении фактора, близком к пределам
выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь
непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно
длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне
11
происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго.
Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия,
наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти
условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются
наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число потомков. На
практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для
отдельных показателей жизнедеятельности — скорости роста, выживаемости и
т. п. На организм одновременно влияют многочисленные и разнообразные
факторы среды. По отношению к одним организмы обладают широким
диапазоном выносливости и выдерживают значительные отклонения от
оптимальной величины. Однако чем сильнее отклонение от зоны оптимума, тем
сильнее угнетающее действие данного фактора на организмы.
Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения
факторов среды. В природе выделяются два крайних варианта — узкая
специализация и широкая выносливость.
Для разных видов растений и животных пределы условий, в которых они
себя хорошо чувствуют неодинаковы. Например, одни растения предпочитают
очень высокую влажность, другие предпочитают засушливые местообитания.
Одни виды птиц улетают в теплые края, другие – клесты, кедровки и птенцов
выводят зимой. Чем шире количественные пределы условий среды обитания,
при которых тот или иной организм, вид и экосистема могут существовать, тем
выше степень их выносливости, или толерантности. Свойство видов
адаптироваться к условиям среды называется экологической пластичностью
(экологической валентностью), по амплитуде переносимых популяциями
естественных колебаний фактора судят об экологической валентности вида.
Виды с узкой экологической пластичностью, т.е. способные
существовать в условиях небольшого отклонения от своего оптимума,
узкоспециализированные, называются стенобионтными (stenos – узкий), виды
широко приспособленные, способные существовать при значительных
колебаниях факторов – эврибионтные (eurys – широкий). Границы, за которыми
существование невозможно, называются нижним и верхним пределами
выносливости, или экологической валентности.
Например, рыбы соленых и пресных водоемов – стенобионты. Трехиглая
колюшка и лосось – эврибионты. Стенобионты-растения: чозения, тополь
корейский – растения пойм, гигрофитные растения (калужница болотная,
рогоз,), ксерофиты Приморья – сосна густоцветковая, абрикос маньчжурский,
леспедеца и др. К стенобионтам можно отнести почти всех млекопитающих, в
том числе и человека. Достаточно небольшого отклонения температуры воздуха
(22-26°C) и воды (28-38°C) от «нормального» значения, пониженного
содержания кислорода и повышенного содержания вредных веществ (хлора,
12
паров ртути, аммиака и др.) в воздухе, чтобы вызвать резкое ухудшение его
состояния.
По отношению к одному фактору вид может быть стенобионтом, по
отношению к другому – эврибионтом. В зависимости от этого выделяют прямо
противоположные пары видов: стенотермный – эвритермный (по отношению к
теплу), стеногидрический – эвригидрический (к влаге), стеногаленный –
эвригаленный (к засоленности), стено- – эврифотный (к свету), и др.
Существуют и другие термины, характеризующие отношение видов к
факторам окружающей среды. Добавление окончания «фил» (phyleo (греч.) –
люблю) означает, что вид приспособился к высоким дозам фактора (термофил,
гигрофил, оксифил, галлофил, хионофил), а добавление «фоб», наоборот, к
низким (галлофоб, хионофоб). Вместо «термофоба» обычно употребляется
«криофил», вместо «гигрофоба» – «ксерофил».
Типичные эврибионты - простейшие организмы, грибы. Из высших
растений к эврибионтам можно отнести виды умеренных широт: сосну
обыкновенную, лиственницу даурскую, дуб монгольский, иву Шверина,
бруснику и большинство видов вересковых.
Стенобионтность вырабатывается у видов, длительное время
развивающихся в относительно стабильных условиях. Чем сильнее она
выражена, тем меньшим ареалом обладает вид, или его сообщество. Наиболее
распространенные виды, имеют широкий диапазон толерантности ко всем
факторам. Они называются космополитами. Но таких видов мало.
Закон Либиха, или «закон минимума», или закон ограничивающего
фактора
Закон ограничивающего фактора тесно связан с законом оптимума и
вытекает из него. В окружающей среде нет всецело отрицательных или
положительных факторов: все зависит от силы их действия. Все факторы
действуют одновременно и совокупность этих действий называется
констелляцией. При этом констелляция не является простой суммой влияния
факторов, т.к. степень воздействия одних факторов на организмы и популяции
зависит от степени воздействия других факторов. Но в каждый конкретный
период времени можно выделить самый главный фактор, от которого в
наибольшей мере зависит жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который
сильнее всего отклоняется от оптимума, т. е. ограничивает жизнедеятельность
организмов в данный период.
Ограничивающий, или лимитирующий, фактор — фактор среды,
выходящий за пределы выносливости организма.
В середине 19 века (1846 г.) немецкий агрохимик Либих вывел «закон
минимума». В опыте с минеральными удобрениями он установил, что
наибольшее влияние на выносливость растений оказывают те факторы, которые
13
в данном местообитании находятся в минимуме. Он писал в 1955 г.: «Элементы,
полностью отсутствующие или не находящиеся в нужном количестве,
препятствуют прочим питательным соединениям произвести эффект или
уменьшают их питательное действие». Это справедливо не только к элементам
питания, но и к другим жизненно важным факторам. Закон Либиха применим
только в условиях стационарного состояния экосистемы, т.е. когда приток
вещества и энергии в систему уравновешивается их оттоком.
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закон минимума
Либиха гласит: наиболее значимым является для организма тот фактор, который
более всего отклоняется от своего оптимального значения.
В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто
изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют
разную высоту.
Например, в почве содержатся все элементы минерального питания,
необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например, бора
или цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще
невозможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество бора (цинка),
это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любые другие
химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже добьемся того,
что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет
отсутствовать - это не даст никакого эффекта. Закон минимума Либиха
распространяется на все абиотические и биотические факторы, влияющие на
организм. Такими факторами могут быть, например, конкуренция со стороны
другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон
применим как к растениям, так и животным.
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что
указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и
вода. Организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим
максимумом. Диапазоны между этими двумя величинами принято называть
пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Представление о
лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В.Шелфорд
(1913), сформулировавший «закон толерантности» - «любой организм имеет
верхние и нижние границы устойчивости (толерантности) к любому
экологическому фактору».
Взаимодействие факторов среды.
Изменение одного фактора среды практически всегда вызывает
изменение прочих факторов, либо компенсируя, либо усугубляя их действие.
Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к
какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от его силы
действия и от одновременного действия прочих факторов. Заменить полностью
14
один фактор другим нельзя. Для каждого вида животных необходим свой набор
экологических факторов определённой интенсивности. Интенсивность действия
одних факторов природной среды относительно постоянна, других —
изменчива.
Млекопитающие легче переносят жару в сухом, а не во влажном воздухе.
Угроза замерзания выше при морозе с сильным ветром, нежели в безветренную
погоду.
Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым
комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других.
Сочетание с разными факторами оказывает заметное влияние на проявление
оптимума в свойствах организма и на пределах их существования. Действие
одного фактора не заменяется действием другого. Однако при комплексном
воздействии среды часто имеет место «эффект замещения», который
проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не
может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но,
действуя изменениями температуры, можно приостановить фотосинтез у
растений или активность у животных и тем самым создать эффект диапаузы,
как при коротком дне, а удлинив активный период, создать эффект длинного
дня. И в то же время это не замещение одного фактора другим, а проявление
количественных показателей экологических факторов. Это явление широко
используется в практике растениеводства и зоотехнии. В комплексном действии
среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их
можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие,
второстепенные). Ведущие факторы различны для разных организмов, если
даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах
жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды.
Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период
прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и
цветения - почвенная влага, в период созревания - количество питательных
веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года
может меняться. Так, в пробуждении активности у птиц (синицы, воробьи) в
конце зимы ведущим фактором является свет и, в частности, длина светового
дня, летом же его действие становится равнозначным температурному фактору.
Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в
разных физико-географических условиях. Например, активность комаров,
мошек, мокрецов в теплых районах определяется комплексом светового
режима, тогда как на севере - изменениями температуры.
15
Практическая работа
Тема: «Среда и условия существования организмов».
Цель работы: Изучить классификацию экологических факторов среды
и принципы экологической классификации животных и растений.
Задание 1.
- Приведите примеры взаимодействия экологических факторов.
- Какие из экологических факторов на Ваш взгляд играют
значительную роль в эволюции.
Задание 2.
Какой диапазон значений экологического фактора называется пределами
толерантности? На какие группы подразделяются организмы в зависимости от
величины пределов толерантности?
Задание 3.
Установите соответствие между отдельными видами животных и
отношением их к температурному фактору.
Представители
Классификация животных
1. голубь
2. акула
3. собака
4. лягушка
5. кит
6. ящерица прыткая
А. пойкилотермные
Б. гомойотермные
Задание 4.
Установите соответствие между абиотическими факторами среды и
адаптацией (приспособленностью) к ним позвоночных животных
Адаптации
Факторы
1. сезонные перелеты
2. толстый слой жира
3. ночной образ жизни
4. быстрое передвижение
5. ороговевающий эпителий
6. наличие желез на коже
А. температура
Б. влажность
16
Задание 5.
В таблице представлены биологические спектры двух типов леса:
лиственного в умеренном поясе и тропического в экваториальном поясе.
Биологический спектр показывает соотношение основных жизненных форм в
процентах. Подумайте и напишите, какие экологические условия явились
причиной таких различий в преобладании определенных жизненных форм.
Назовите, по крайней мере, два условия (фактора) и охарактеризуйте влияние
каждого (в чем оно выражается).
Листопадный лес умеренного
Дождевой тропический лес
пояса
Жизненные
Соотношение
Жизненные
Соотношение
формы
жизненных форм, формы
жизненных форм,
%
%
Эпифиты
0
Эпифиты
22
Деревья,
27
Деревья, лианы
66
кустарники
Кустарнички
6
Кустарнички
12
Многолетние
40
Многолетние
0
травы
травы
Геофиты
22
Геофиты
0
(луковичные)
(луковичные)
Однолетники
5
Однолетники
0
Задание 6.
Впишите в таблицу названия животных и растений из предлагаемого
списка соответственно их экологической характеристике, т. е. принадлежности
к стенобионтам или эврибионтам. Охарактеризуйте экосистемы, в которых
преобладают стенобионтные организмы.
Лишайники, кораллы, млекопитающие, орхидеи, птицы, медузы,
пресмыкающиеся, мхи , форель, человек, кактусы.
Стенобиоты
Эврибионты
Задание 7.
Постройте
график,
описывающий
зависимость
интенсивности
жизнедеятельности организма от интенсивности действия любого произвольно
выбранного вами абиотического фактора. Поясните рисунок.
17
Контрольные вопросы
1.
Чем характеризуется влияние абиотических факторов на
организм.
2.
Принципы экологической классификации животных и
растений.
3.
В чем отличие между понятиями среда обитания и условия
существования организмов?
4.
Что понимается под экологическим фактором? Приведите
классификации факторов. Какие факторы являются наиболее трудными для
адаптаций к ним организмов?
5.
Перечислите общие закономерности действия факторов среды
на организмы. Раскройте их сущность и значение.
6.
Перечислите среды жизни и наиболее типичные их свойства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алехина Г.П. Практикум по экологии и рациональному
природопользованию – Оренбург: Изд-во ОГУ, 2001. – С.27-30.
2. Грушко М.П., Мелякина Э.И. и др. Экология: учебное пособие для
студентов инженер-ных специальностей.- Астрахань: изд. АГТУ, 2007. – 216 с.
3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология – Ростов н/Д: Феникс,
2005. – 576с.
18