БИОТА

Экологические факторы

 

Для жизни и процветания каждого организма требуется набор определенных факторов – абиотических и биотических. Абиотическими, т. е. неживыми, компонентами экосистемы являются климатические (свет, тепло, влага) и почвенные (плодородие) факторы. Отношение разных видов к условиям существования неодинаково: одним требуется много влаги, другие живут в сухой пустыне, одним необходимо много света, другие его не выносят, одни любят тепло, другие - низкие температуры и т.п.

Ход жизни организмов не нарушается, если все абиотические факторы действуют в привычных для организма пределах. Однако картина резко меняется, если величина одного из факторов начнет уменьшаться. Жизненность организма будет снижаться пропорционально фактору, величина которого стремится к минимуму.

Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, впервые была высказана Либихом и получила название "закон минимума". Сам Либих формулировал его следующим образом: "Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени".

Лимитирующим может оказаться не только недостаток, но и избыток таких, например, факторов, как тепло, свет и вода. Следовательно, процветание организма ограничено зонами минимума и максимума экологических факторов. Между ними расположена зона экологического оптимума. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел Шелфорд, сформулировавший закон толерантности: каждый вид характеризуется своей толерантностью - способностью переносить неблагоприятные факторы среды.

Модель толерантности, как правило, имеет вид купола. Его центральная часть отвечает оптимальной напряженности экологического фактора, при которой условия существования организма наилучшие, - это зона оптимума. Края купола отвечают или слишком низкой напряженности экологического фактора, или слишком высокой, при которых условия существования организмов наихудшие – это зоны пессимума.

Рассмотрим, как меняется толерантность некоторых организмов по отношению к температуре.

У холодолюбивых организмов зона температурного оптимума смещена в сторону низких температур. Диапазон температур, в пределах которого могут существовать некоторые антарктические виды рыб, составляет всего 4 °С (от -2 до 2 °С). У теплолюбивых видов зона оптимума смещена в сторону высоких температур. Коралловые рифы развиваются в морских водах с температурой выше 20 °С.

Чтобы выразить относительную степень толерантности, в экологии используют приставку "стено-", что означает узкий. В приведенных примерах мы имеем дело со стенотермными видами. Наряду с этим некоторые организмы имеют очень широкую зону оптимума; например, сосна способна переносить как холод, так и жару. К экологической характеристике таких видов прибавляют приставку "эври-" - широкий. Сосна является эвритермным видом.

Казалось бы, характер воздействия экологических факторов самый простой у растений. Однако как раз на этом примере можно показать, насколько тонко и многообразно связаны организмы с окружающей средой. Оказывается, растения имеют "слух", "зрение", "осязание" и "обоняние". Экспериментально доказано, что растения реагируют на изменения магнитного поля, на музыкальные звуки. Растения "любят" классические произведения, тянутся к источнику мелодичных звуков и под их влиянием быстрее растут и лучше цветут, богаче плодоносят; ритмы жесткого рока их угнетают. Под влиянием мелодичной музыки увеличивается поглощение СО2 (повышается интенсивность фотосинтеза), обогащается биохимический состав продуцируемой фитомассы. Например, ростки пшеницы, выращенной под звуки классической музыки, содержали в 20 раз больше витамина А и в 5 раз - витаминов С и Bg, чем в обычных условиях.

Биотическими, т. е. живыми, факторами являются отношения организмов между собой. Все многообразие их может быть представлено в виде матрицы биотических взаимоотношений:

 

Типы связи

+

-

0

+

+ +

+ -

+ 0

-

- +

- -

- 0

0

0 +

0 -

00

 

Обе связи положительные у организмов, взаимно нуждающихся в совместном проживании. Например, цветковые растения и насекомые-опылители. Связь, положительная для одного организма, отрицательна для другого - это наиболее распространенный тип связей питания: растительноядные животные - растения, хищник - жертва. Нейтральная для одного организма связь может быть положительной для другого. Например, стволы и кроны деревьев служат местом обитания для множества птиц, других растений, которые не наносят дереву вреда, но сами получают значительное преимущество, находя в кроне убежище или поднимаясь ближе к свету. Обе связи отрицательные у организмов, находящихся в состоянии конкуренции; особенно сильны конкурентные отношения у особей, относящихся к одному виду (за исключением некоторых животных, у которых внутри популяции существуют не только конкуренция, но и отношения взаимозависимости и взаимопомощи).

Удивительная целесообразность в строении каждого организма, их взаимная приспособленность к совместному существованию есть результат длительной эволюции и естественного отбора в процессе борьбы за существование. Биоэволюция всегда носит адаптивный (приспособительный) характер. Организмы, приспосабливаясь к абиотической и биотической среде, меняются внешне и внутренне, становятся экологически устойчивыми, приобретают четкие экологические границы.

И. Пригожий (1986) приводит следующий поразительный пример взаимной биологической адаптации (коадаптации). Трематод (плоский червь), паразитирующий в печени овцы, проходит путь развития, меняя хозяев от муравья до овцы, где, наконец, приносит потомство. Вероятность того, что овца проглотит инфицированного муравья, сама по себе очень мала, но поведение такого муравья изменяется самым удивительным образом, и вероятность быть проглоченным сильно возрастает. Дело в том, что трематод проникает в мозг муравья и вынуждает свою жертву вести себя самым самоубийственным образом: порабощенный муравей вместо того, чтобы оставаться на земле, взбирается по стеблю растения и, замерев на самом кончике листа, как бы поджидает овцу.

Пищевые (трофические) связи. Главными биотическими связями, поддерживающими целостность экосистемы, являются трофические, т. е. питание одних организмов за счет других. В процессе питания в экосистеме осуществляется передача вещества и энергии с одного трофического уровня на другой.

 

 

Часть вещества и энергии при этом теряются. В среднем каждое последующее звено в цепи питания содержит вещества и энергии в 10 раз меньше, чем предыдущее звено (правило 10 % Линдемана). Таким образом, трофическую структуру и трофическую функцию можно изобразить в виде экологической пирамиды, основанием которой служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие образуют этажи и вершину пирамиды.

У многих животных пищевые связи представляют не простую цепочку, а разветвленную трофическую сеть.

 

В экосистеме биосферы человечество занимает вершину экологической пирамиды, поэтому его численность всегда будет ограничена биологической продуктивностью природных или сельскохозяйственных экосистем. Уничтожая отдельные звенья трофической пирамиды, человек может вызывать весьма неблагоприятные последствия.

Рис. Устойчивая экосистема лугового сообщества и ее нарушение в результате антропогенного вмешательства, по Р. К. Баландину

 

 

 

Например, устойчивость определенной луговой экосистемы может поддерживаться продуктивностью травостоя; далее по убывающей располагаются растениеядные кузнечики, насекомоядные лягушки, хищные змеи; вершину пирамиды венчает орел. Если человек убьет орла, это приведет к увеличению численности змей, змеи уничтожат большую часть лягушек, численность кузнечиков увеличится, а биомасса травостоя уменьшится. Потребуется немало времени, чтобы наладились новые трофические связи и экосистема приобрела структуру, отвечающую закону пирамиды.


Купон, промокод VkTarget (Вконтакте) удвоение 10000
Купон, промокод VkTarget (Вконтакте) удвоение 10000


iTunes Gift Card (Россия) 2000 рублей + Подарок каждому
iTunes Gift Card (Россия) 2000 рублей + Подарок каждому


Промокод (купон) Google Ads (AdWords) на 200 zl. ПОЛЬША
Промокод (купон) Google Ads (AdWords) на 200 zl. ПОЛЬША