Виды экологических факторов. Деятельность человека как особый экологический фактор и ее влияние на окружающую естественную среду

Не насыщая пищей чрева,

Жует себя двадцатый век

И рубит, рубит жизни древо,

Как беспощадный дровосек...

Великий разум! Запрети ты

Рубить хотя б последний сук.

Многие виды деятельности человека можно считать особыми экологическими факторами, которые получили название антропогенных; масштаб действия антропогенных факторов становится способными с действием геологических сил; биосфера реагирует на воздействие антропогенных факторов сокращением численности видов, обеднением генофонда популяций, изменением направления действия естественного отбора, вымиранием видов.

Планета в целом, биосфера и общество экологически неделимы, поэтому экологические проблемы выступают как общечеловеческие. Однако в каждом регионе они проявляются и решаются по-своему, в зависимости от типа экосистем, конкретных физико-географических и социально-экономических условий, С другой стороны, локальные экологические ситуации, хотя и имеют значение, могут быть успешно решены только с учетом глобального подхода.

1. В конце кайнозойской эры в ряде областей планеты произошли важные изменения климата – началось похолодание и осушение. Это привело к тому, что на смену лесам пришли открытые пространства. Обитающие ранее в лесных зарослях и перешедшие к жизни на открытых пространствах живые организмы под действием экологических факторов приобрели новые свойства и признаки: развилась строительная деятельность (полевки, песчанки); возник кочевой образ жизни, миграции, увеличились размеры стада (в стаде лесных животных лосей всего 20¸30 голов, а жители открытых пространств олени собираются в тысячные стада). На смену ночному пришел дневной образ жизни, усложнились иерархические связи в стаде, сторожевые функции стали выполняться попеременно каждым его членом. Полагают, что предки человека – лесные животные – в новых условиях попали в трудные обстоятельства. Главными из ним были: исчезновение многих растений тропических лесов, которые служили пищей, невозможность хищничества из-за отсутствия клыков, когтей как средств нападения и защиты; низкая скорость передвижения по сравнению с большинством четвероногих животных того же размера; низкая рождаемость, длительность развития детенышей.

Это привело к развитию у предков человека по мере освоения наземного образа жизни признаков человеческого рода – прямохождения, усложнения орудийной деятельности, совершенствования строения руки, усложнения нервной деятельности. С точки зрения геологии, это произошло совсем недавно.

Успех в борьбе за существования мог быть обеспечен только за счет значительного превосходства умственных способностей по сравнению со всеми животными, которые нападали на предлюдей или могли быть их добычей. Естественный отбор благоприятствовал развитию человеческого мозга.

У наиболее ранних непосредственных предшественников или даже представителей древнейших людей – австралопитеков лица были уже относительно плоские, надбровные дуги выступали вперед, а значительную часть лица занимала мощная нижняя челюсть. Жили они на открытых пространствах и имели сложную иерархию. Именно у австралопитеков зародилась орудийная деятельность как форма биологической адаптации и как новой этап эволюции. Ученые полагают, что первое каменное орудие было изготовлено около трех миллионов лет назад. На рисунке 30 показаны кремневые орудия, обработанные по различной технологии.

На этом этапе стадо предлюдей стало приобретать черты человеческого общества, а предлюди – черты людей. Зародились разнообразные способы коммуникации, развилась дневная активность, человек начал использовать огонь.

Использование огня – первый антропогенный фактор, первая кострище привело к первым неблагоприятным последствиям для живого.

Неандерталец уже строил жилище – хижины на 10¸12 человек, научился жить в любом климате.

Развитие земледелия (рисунок 31) и одомашнивание животных (рис. 32) сопровождались вырубкой лесов, выпасом скота и заготавливанием корма, что привело к изменению экосистем.

8, 5 тыс. лет назад была сделана первая плавка металла (Чатал-Хююк, Южная Турция). Началось развитие ремесел, а затем промышленности.

Новым этапом взаимодействия общества и природы стало появление городов, рост технической вооруженности человека, развитие ремесел, искусства, книгопечатание.

Человек приобрел способность осваивать мир универсально, преобразовывать природу (демонстрация таблицы – свитка (рис. 33), характеризующего в обратной форме этапы воздействия человека на природу).

2. Деятельность человека приобрела глобальный характер и стала особым сверхмощным экологическим фактором существования живого в биосфере.

Человек сокращает территории, занимаемые естественными экосистемами. 9¸12% поверхности суши распахано, 22¸25% составляют полностью или частично окультуренные пастбища. 458 экваторов – такова протяженность дорог на планете; 24 км на каждые 100 км 2 – такова густота дорог. В одних лишь промышленно развитых странах, по данным ООН, под бетоном строящихся автострад, населенных пунктов, аэропортов ежегодно исчезает более трех тысяч км 2 ландшафта.

Человек потребляет продукцию суши, уменьшая долю естественных потребителей.

Биомасса человечества и домашних животных составляет 15¸20% к биомассе наземных животных (на 1980 г.). Однако человек и домашние животные потребляют 1/4 растительной продукции суши.

Человек истощает запасы энергии, накопленные в «тупиках» биосферы.

Современное человечество расходует потенциальную энергию биосферы в 10 раз быстрее, чем происходит ее накопление деятельностью организмов, связывающих солнечную энергию на Земле.

Человек использует ресурсы Земли и загрязняет биосферу: извлекает около 100 млрд. т руды, горючих ископаемых и другого сырья, что составляет 25 т на каждого жителя планеты. 96¸98% добываемого сырья идет в отходы. На одного жителя крупных городов приходится 1 т мусора (пищевого и бытового). 6 млрд. т в год твердых отходов выбрасываемых в океаны. Ежегодно 69¸90 млн. т нефти и нефтепродуктов попадает в биосферу, а в атмосферу поступает 20 млрд. т углекислого газа. В результате сжигания топлива растет концентрация свинца в воздухе и почве, оксиды серы и азота поступают в атмосферу, образую с водой кислотные дожди.

Усиливается физическое загрязнение биосферы – шумовое, тепловое, световое, радиоактивное. Растет запыленность воздушной Среды.

3. Воздействие антропогенного фактора вызывает реакции биологических систем.

а) Гибель особей и сокращение численности популяций.

Лоси, олени, косули и кабаны, птицы и насекомые гибнут на дорогах под колесами автотранспорта. Полевые работы приводят к гибели тетеревов, зайцев, перепелов в большей мере, чем охота.

Миллионы перелетных птиц сгорают в газовых факелах, где сжигают отходящие газы при добыче нефти. Животные гибнут в разливах нефти, на проводах и опорах линий электропередач (степные орлы, могильщики, беркуты, змееяды и др.), при проглатывании пластмассовых предметов, плавающих в море (морские черепахи), в рыболовных сетях (дельфины, тюлени).

б) Нарушения онтогенеза организмов.

Загрязняющие вещества (сернистый ангидрид, фтор и фтористый водород, хлориды и двуокись азота) наиболее опасны для растений, вызывая ожоги, а при высоких концентрациях и гибель растений, отдельных особей. Образующиеся из сернистого газа сернистая, а также серная кислота, вместе с другими веществами попадая в почву, снижают ее плодородие. Изменяется кислотность почвы, что вызывает подавление жизнедеятельности бактерий и снижение численности дождевых червей. Опаснейший загрязнитель – нефть.

Загрязняющие вещества влияют на эмбрионы, развивающиеся зародыши, отравляя их, вызывают уродство и ненормальности в развитии организма, нарушение функций половых желез и органов нарушение функций нервной системы.

Разные загрязнители, действуя одновременно, оказывают кумулятивный эффект? влияние меди на растения усиливается в присутствии солей свинца; медь усиливает влияние радиации, напротив, соли бария, марганца и магния ослабляют подобное влияние.

Под воздействием загрязняющих веществ сокращается сроки жизни – с особенности долгоживущих видов, способных накапливать в организме опасные концентрации загрязнителей.

в) Нарушение популяционных явлений.

Изменяется структура популяции – соотношение самцов и самок, особей разных поколений; численность сокращается до таких пределов, что нарушается поиск брачных партнеров. Вследствие загрязнения Среды нарушаются циклы размножения (асинхронность развития половых клеток у самцов и самок), уменьшается количество беременных самок, число детенышей в помете, растет смертность новорожденных. Распадается ареал вида, сокращаются площади местообитания, изолируются мелкие островки обитаний.

г) Изменение в экосистеме.

Сокращение числа видов уменьшает сложность экосистемы; выпадение одних видов может привести к вспышке численности других; доминантные виды могут быть угнетены, и их место занимают вновь вселяющиеся виды; разрушаются межвидовые отношения: хищник-жертва, опылитель – опыляемое растение, симбиотические связи. Гибель одного вида растения может привести к гибели от 5¸7 до 30¸35 связанных с ним видов животных, главным образом беспозвоночных. Световое, звуковое, химическое загрязнение нарушает сложившиеся системы сигнализации в природном сообществе между видами. В результате изменения структуры сообщества нарушается его стабильность, возникают массовые вспышки численности – как правило, беспозвоночных животных. Таким образом, на наших глазах происходит гигантское обеднение генофонда биосферы вследствие вымирания видов, сокращения их популяционного разнообразия и численности особей во всех сокращающихся по территории популяциях. Ежедневно из этого числа безвозвратно исчезает один вид животных и еженедельно – один вид растений. Сегодня на каждого жителя планеты приходится всего лишь 25 птиц, а к 2000 г. Это соотношение еще уменьшится.

Природные ресурсы, необходимые для выживания человека и стабильного развития, все в большей степени разрушаются или истощаются. Одновременно быстро растет потребность в этих ресурсах. Если нынешние темпы деградации почвы сохранятся, то за 20 последующих лет во всем мире будет погублена треть пахотных земель. Равным образом к концу нынешнего столетия (при существующих темпах вырубке леса) остающаяся площадь не срубленных тропических лесов сократится наполовину. Ожидается, что в течение этого периода население Земли увеличится в полтора раза – от немногим более 5 млрд. до почти 6 млрд. человек.

Стало очевидным, что равновесие биосферных процессов, нарушаемое хозяйственной деятельностью человека, восстанавливается медленнее, чем когда-либо раньше. Адаптационные механизмы биосферы работают «на пределе». Генофонд биосферы обедняется, создавая угрозу непредсказуемых эволюционных последствий.

4. Современную экологическую ситуацию многие ученые характеризуют как «экологический кризис», «кризис природной среды».

Экологические проблемы относятся к разряду глобальных и затрагивают как мир в целом, так и отдельные его регионы и страны.

Решение экологических проблем – в частности, сохранения генофонда биосферы – приобретает все более срочный характер.

Человечество и каждый человек, каждый из нас должны осознать кризисную ситуацию и выдвинуть идеи, позволяющие сохранить жизнь на планете.

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Например, наличие минеральных веществ, доступ кислорода, влажность почвы, температура почвы, рыхлость почвы. Индифферентные элементы среды, например инертные газы, экологическими факторами не являются.

режимов

По характеру воздействия

• Прямо действующие
• Косвенно действующие
• Условно действующие - влияние элементов экосистемы (биогеоценоза) усиленных или ослабленных действием других экологических факторов

По происхождению

• Абиотические - факторы неживой природы:
  • климатические
  • эдафические (эдафогенные)
  • орографические
  • химические
  • физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения ***** гидрографические : плотность воды, течение, прозрачность и т.д
    • пирогенные : факторы огня[источник не указан 824 дня ] (Одум, 1975, 1986)
• Биотические
  • фитогенные - влияние растений
  • микогенные - влияние грибов
  • зоогенные - влияние животных
  • микробиогенные - влияние микроорганизмов
• Антропогенный (антропический) фактор:
  • В 1912 г. российский ученый проф. Г.Ф.Морозов в своей книге "Учение о лесе" определил воздействие человека на природу в качестве отдельного экологического фактора и разделил его по характеру влияния на природную среду на прямое, косвенное и условное антропогенное воздействие [Морозов,1949].
  • Прямое антропогенное воздействие – непосредственное влияние человека на компоненты экосистемы (биогеоценоза). Это сбор ягод, грибов, вырубка деревьев и т.п.
  • Косвенное антропогенное воздействие – влияние человека через промежуточный уровень. Это изменение уровня грунтовых вод, изменение температурного режима, радиационное загрязнение и т.п.
  • Условное антропогенное воздействие – это воздействие биотических и абиотических факторов, усиленных или ослабленных воздействием человека.
  • В 1981 г. опубликовано определение "Антропогенный фактор [антропогенное воздействие ]- это всякое, связанное как с сознательной, так и с бессознательной жизнедеятельностью человека воздействие на окружающую [природную] среду, ведущее к количественным и качественным изменениям её компонентов [Попа,1981].
  • В 2011 г. опубликована разработанная на примере широколиственных лесов степной зоны шкала антропогенной дигрессии биогеоценозов (экосистем), включающая 12 стадий разрушения природной среды человеком, от состояния условно не нарушенных экосистем до стадии полной потери биогеоценозами жизненных функций [ Попа, 2011].

По расходованию

• Ресурсы
• Условия

По направленности

• Векторизованные
• Многолетние-циклические

• Монодоминантность
• Синергизм
• Антагонизм
• Провокационность

экстремальных значений

пластичность

кривой жизнедеятельности точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума
  • точка оптимума
• Зоны :
  • зона оптимума
  • зоны пессимума
  • зона жизнедеятельности
  • зоны покоя
  • зона жизни

норма реакции

обилие или частота встречаемости

Библиография

• Sahney, S., Benton, M.J. and Ferry, P.A. (2010). «Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land» (PDF). Biology Letters 6 (4): 544–547. DOI:10.1098/rsbl.2009.1024. PMID 20106856.
• David L. Hawksworth. Biodiversity and Conservation in Europe. - Springer, 2008. - P. 3390. - ISBN 1402068646..
• Bampton, M. «Anthropogenic Transformation» in Encyclopedia of Environmental Science, D. E. Alexander and R. W. Fairbridge, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
• Worm, Boris (2006-11-03). «Impacts of Biodiversity Loss on Ocean Ecosystem Services». Science 314 (5800): 787–790. DOI:10.1126/science.1132294. PMID 17082450.
• Морозов Г.Ф. Учение о лесе. 7-е издание. М.: Гослесбумиздат, 1949. 455 с.
• Попа Ю.Н Антропогенная трансформация лесных биогеоценозов Кодр Молдавии. Автореф. дис. канд. биол. наук:03.00.16 - Экология. Красноярск, 1981. с.6.
• Попа Ю.Н. Восстановление биогеоценозов в антропогенно-трансформированных экотопах в степной зоне: монография. под ред. чл.-кор. НАН Украины, д-ра биол. наук, проф. А. П. Травлеева; Национальный авиационный университет. - Киев: Украинский бестселлер, 2011. - 437 с.

Экологические факторы

Приспособление организмов к среде

Основные среды жизни

Экологические факторы

Организм и среда

Лекция 6. Основы аутэкологии. Организм и среда

Аутэкология изучает взаимоотношения представителей одного вида с окружающей его средой. Опирается на исследование процессов адаптации видов к окружающей среде.(факторальная экология). Экология человека тоже изучает влияние (нормирование) факторов среды, ее экстремальных воздействий на организм.

Окружающий нас живой мир состоит из организмов, которые постоянно воспроизводят себя. Одна тля может за лето оставить более 300 млн. потомков. Заложена способность размножаться беспредельно. Но беспредельного роста численности нет, главный ограничитель- нехватка ресурсов. Для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света. Для животных – пищи, воды. запасы этих ресурсов сдерживают размножение. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющий рост и размножение. Рост растений зависит от погоды. Размножение водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде. Кроме того, происходит отсев и гибель уже произведенных зародышей илимолодых особей. Например, не все желуди прорастают. Высокой плодовитостью отличаются виды, у которых очень велика гибель особей в природе.

Организм, испытывая потребность в притоке вещества энергии и информации полностью зависит от среды

Закон – результаты развития организма определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей – адаптация. Принцип Ле-Шателье: «Эволюция любой системы идёт в направлении снижения потенциальной опасности». Согласно этому принципу, эволюция организма способствует его адаптации к изменяющимся внешним воздействиям.

Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.

Экологические факторы: 1- абиотические. 2 –биотические. 3- антропогенные.

Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений

Абиотические факторы

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания

Биотические факторы

внутривидовые межвидовые влияние на

взаимодействия взаимодействия абиотические факторы

(содружество)

Комменсализм

(один извлекает пользу)

Аменсализм

(один вид угнетает рост другого)

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.)

Общий характер действия экологических факторов.

В жизненном процессе взаимодействие организмов со средой обитания и её составляющих между собой основано на передаче между элементами системы потоков масс вещества и их соединений, энергий всех видов и информации. В соответствии с законом сохранения жизни Ю. Н. Куражковского: «Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потоков вещества, энергии и информации».

Взаимодействие организма со средой обитания подчинено следующим законам. Главный закон оптимума (толерантности ). Закон Либиха Выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный.. Например, животные плохо перенося жару и сильные морозы; Засуха и проливные дожди неблагоприятны для урожая. Кривые оптимума какого-либо фактора для разных видов не совпадут. Верблюды и тушканчики не выносят условий северных пустынь, а северные олени и лемминги жарких южных. Ряд видов может жить в узких рамках оптимума, а другие – в широких. Растение недотрога гибнет, если в воздухе нет влаги, с ковыль не погибает даже в засуху. Оптимум и границы выносливости не являются постоянными в течение жизни организма. Оптимум можно сдвинуть (температурная закалка).

В соответствии с правилом оптимума для организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки. Для одних организмов зона оптимума имеет широкий диапазон. Они называются – эврибионты (греч. широкий, жизнь). Организмы с узким диапазоном – стенобионты (узкий).

Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью . Синонимом валентности толерантность.(лат толеранция – терпение), или пластичность (изменчивость) если среда относительно постоянная, малоизменчивая, то в ней больше стенобионтов (например в водной среде). Если среда динамична, например, водно-воздушная – в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты. Зона оптимума и экологическая валентность шире у теплокровных животных.

Действие температурного фактора. Если диапазон толерантности лежит в широких пределах (-5; +25), то такие организмы называются –эвритермными, если узкий – стенотермными. Могут быть эвригалинными (соленость)

Рис. 1. Зависимость жизненного потенциала от интенсивности фактора воздействия

1. – зона оптимума (комфорта);

2. – зона допустимой жизнедеятельности;

3. – зона угнетения;

4. – зона гибели.

Толерантность – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума – жизненного потенциала) – область оптимальной жизнедеятельности.

Зоны допустимой жизнедеятельности – значения допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности.

Зоны угнетения – зоны с большими отклонениями фактора от оптимума, при которых организм испытывает угнетение жизнедеятельности.

Зона гибели – пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых, существование организма не возможно.

Надо учитывать, что одни факторы могут усиливать или смягчать действие других. Избыток тепла может смягчиться пониженной влажностью воздуха.. Закон независимости факторов В. Р. Вильямса: «Условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим»

2-й закон – лимитирующего фактора. Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных значений. Фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организм. Лимитирующие факторы определяют границы распространения видов – ареал. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Правило ограничивающего фактора в агрономии. Если в почве минеральных солей не хватает фосфора 50%, кальция 20%, урожай будет в 5 раз меньше. Если внести кальций – урожай 59%.

Человек своей деятельностью часто нарушает все закономерности действия факторов- разрушение местообитания, нарушение режима водного и минерального питания.

Закон оптимума и лимитирующего фактора можно выразить одним закономЗакон толерантности В. Шелфорда: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору»

Экологические факторы это:

Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов - последовательности изменений за определённое время.

Классификации экологических факторов

По характеру воздействия

• Прямо действующие - непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ
• Косвенно действующие - влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

• Абиотические - факторы неживой природы:
  • климатические : годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха
  • эдафические (эдафогенные) : механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы
  • орографические : рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона
  • химические : газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность
  • физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения
• Биотические - связанные с деятельностью живых организмов:
  • фитогенные - влияние растений
  • микогенные - влияние грибов
  • зоогенные - влияние животных
  • микробиогенные - влияние микроорганизмов
• :
  • физические : использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации
  • химические : использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта
  • биологические : продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания
  • социальные - связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

• Ресурсы - элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO 2 , O 2 , свет)
• Условия - не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

• Векторизованные - направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы
• Многолетние-циклические - с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом
• Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) - колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Действие экологических факторов на организм

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

• Монодоминантность - один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.
• Синергизм - взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.
• Антагонизм - взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.
• Провокационность - сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Влияние факторов также зависит от природы и текущего состояния организма, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие как на разные виды, так и на один организм на разных этапах онтогенеза: низкая влажность губительна для гидрофитов, но безвредна для ксерофитов; низкие температуры без вреда переносятся взрослыми хвойными умеренного пояса, но опасны для молодых растений.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомков: непродолжительные воздействия могут и не иметь никаких последствий, тогда как продолжительные через механизм естественного отбора ведут к качественным изменениям.

Реакция организма на изменение экологических факторов

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность - способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии - быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны :

• Кардинальные точки :
  • точки минимума и максимума - крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма
  • точка оптимума - наиболее благоприятное значение фактора
• Зоны :
  • зона оптимума - ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора
  • зоны пессимума (верхнего и нижнего) - диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение
  • зона жизнедеятельности - диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции
  • зоны покоя (верхнего и нижнего) - крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя
  • зона жизни - диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений - норма реакции , которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видовую. Однако, так как вид представляет собой сложную надорганизменную систему, состоящую из множества популяций, расселённых по различным местообитаниям с неодинаковыми условиями среды, при оценке его экологии пользуются обобщёнными данными не по отдельным особям, а по целым популяциям. На градиенте фактора откладываются обобщённые классы его значений, представляющие определённые типы местообитаний, а в качестве экологических реакций чаще всего рассматриваются обилие или частота встречаемости вида. При этом следует говорить уже не о кривой жизнедеятельности, а о кривой распределения обилий или частот.

Раздел 1.Теоретические аспекти экологии

Тема 1.1. Аутоэкология (факториальная экология)

Аутоэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой. Этот раздел посвяшен изучению видовых особенностей реагирования животных и растительных организмов на факторы среды и образа жизни вида.

В рамках данной темы мы с вами сегодня и рассмотрим следующие вопросы

Основные среды существования организмов

Закономерности влияния экологических факторов на живые организмы

Экологические факторы и их классификация

Понятие «среда обитания» отличается от понятия «условия существования» - совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). Другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

2 . Любой организм может существовать лишь в определенном температурном интервале. Когда температура среды слишком низка или слишком высока, организм погибает. Там, где температура близка к крайним значениям, представители данного вида встречаются редко, но по мере того как температура приближается к среднему значению, оптимальному для них, их число увеличивается. Эта закономерность справедлива для любого другого фактора , влияющего на течение тех или иных жизненных процессов (влажность, сила ветра, скорость течения и т. д.).

Если нарисовать на графике кривую, характеризующую скорость того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола (рис. 1). Подобные кривые, называют кривыми толерантности (от лат. tolerahtia - терпение). Положение их вершины указывает на условия, оптимальные для данного процесса. Для некоторых видов характерны кривые с очень острыми пиками; это означает, что диапазон оптимальных для них условий очень узок. Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, т. е. устойчивости к данному фактору.

Организмы с широкими границами устойчивости ко многим факторам, конечно, имеют шансы на более широкое распространение.

У широко распространенных видов популяции , обитающие в климатически разных зонах, часто оказываются наилучшим образом приспособленными именно к условиям данной местности. Это связано с их способностью образовывать локальные формы, или экотипы, характеризующиеся различными границами стойкости к температуре, свету или другим факторам.

В качестве примера рассмотрим экотипы одного из видов медуз. Как вы знаете, медузы передвигаются в воде подобно ракете - при помощи ритмических сокращений мышц , выталкивающих воду из центральной полости. Оптимальная скорость пульсации - 15-20 сокращений в минуту. Особи одного из видов медуз, обитающего в северных широтах, передвигаются с такой же скоростью, как и медузы того же вида в южных широтах, хотя температура воды на севере может быть на 20 С ниже. Это означает, что и та и другая формы медуз смогли наилучшим образом приспособиться к местным условиям.

Закон минимума .

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум и большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать тому из них, который имеется в минимальном с точки зрения потребностей организма количестве. Это простое правило впервые было сформулировано основоположником науки о минеральных удобрениях немецким химиком и агрохимиком Юстусом Либихом (1803-1873) и получило название закона минимума . Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться одним - любым - из основных элементов питания, если только этого элемента не хватает в почве.

Разные факторы среды могут взаимодействовать, т. е. нехватка одного вещества может приводить к дефициту в других веществах. Например, недостаток влаги в почве ограничивает поступление в растения всех остальных веществ, необходимых для их питания. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом : успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для. организмов данного вида.

Экологические факторы. Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.

По происхождению и характеру действия экологические факторы классифицируются:абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы); биотические (формы воздействия живых существ друг на друга); антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делятся: на физические , или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы,ветер); эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства); топографические, или орографические (особенности рельефа местности); химические

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы,

/ экология 1лекция

Лекция 1

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Предмет, задачи и методы экологии

Среда обитания и условия существования организмов

Экологические факторы

Закономерности действия экологических факторов на организм

Взаимодействие экологических факторов

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы

Биотическая среда.

Трофическая (пищевая) цепь

Формы биотических отношений.

Круговороты энергии в экосистемах

Предмет, задачи и методы экологии .Экология (греч, oikos - жилище, местопребывание, logos - наука) - биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и ареалами их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г . немецким зоологом Эрнстом Геккелем .

Ареал (лат. area - площадь, пространство) - часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (роды, семейства или определенного типа сообщества).

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Популяция - (лат. populus - народ, население). группировка особей одного вида, в течение длительного времени населяющие определенную часть ареала, свободно скрещивающиеся и относительно обособленные от других, совокупностей того же вида, называются популяцией

Вид - группа организмов, которые обладают общими признаками в строении тела, физиологии и способах взаимоотношения со средой, способных скрещиваться между собой с образованием плодовитого потомства, но не способных это делать с организмами других видов.

Биоценоз - совокупность организмов, населяющих экосистему, взаимосвязанных между собой обменом веществ, энергии и информации.

Биогеоценоз - экосистема

Биосфера ,согласно определения В.И.Вернадского, это среда нашей жизни, это та "природа" которая нас окружает.

Биосферная компонента города включает в себя, помимо человека, все виды зеленых насаждений, городские популяции животных. (голуби, воробьи, вороны, галки, водоплавающие птицы, зимующие на проталинах водных объектов, крысы и мыши, "одомашненные" насекомые, такие как мухи комары, блохи и тараканы, клопы, наконец, микробное и вирусное население многоэтажных зданий и городских квартир).

Главная теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Важнейшая проблема современности взаимодействие человеческого общества и природы, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим. Исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой , в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие .

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия всех специалистов в биологии. В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения , морально-этические, философские и даже правовые вопросы . Следовательно, экология становится наукой не только биологической , но и социальной.

Методы экологии подразделяются: на

полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и

экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе).

При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами , используют моделирование биологических явлений , т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования . Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях.

При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

Среда обитания и условия существования организмов . Часть природы (совокупность конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост, развитие, размножение, выживаемость называется средой обитания .

От понятия «среда обитания » следует отличать понятие «условия существования » - это совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

Экологические факторы - это элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации).

По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делят на физические , или климатические (свет, температура воздуха и волы, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические , или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь . Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений , а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному . Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители , обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

Закономерности действия экологических факторов на организм . Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие - на определенный жизненный процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Наилучшим показателям жизнедеятельности организма - это точка оптимума . Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума .

Крайние состояния угнетения организмов при резком недостатке илиизбытке фактора , называют областями пессимума или стресса . Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора , а за пределами зоны выживания - летальные.

Подобная закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как фундаментальный биологический принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды (рис. 1)

7 6 2 1 3 5 8

1- точка оптимума;2-3 - зона оптимума; 3-5 - 2-6 - пределы выносливости (толерантности); 5,8 - 6,7 - крайние состояния угнетения организмов - области пессимума или стресса.

Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С) Нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5-10 мин.

Организмы , для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды , называют стенобионтными (греч. Stenos - узкий, bion - живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды , - эврибионтными (греч. eurys - широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фактору и широкую - к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью . Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Эврибионтные организмы являются экологически наиболее пластичными , что обеспечивает их широкое распространение , а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения .

Взаимодействие экологических факторов . Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно . При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов . Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.

Однако, если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий , особям грозит гибель . Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь и сухих степей - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений. Выявление ограничивающих факторов и устранение их действия, т. е. оптимизация среды обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении урожайности сельскохозяйственных культури продуктивности домашних животных.

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы . Характеристика света как экологического фактора . Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.

Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм.

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 нм, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят.

Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра . На долю УФЛ, имеющих длину волны 290-380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека - витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие.

В экологическом отношении наибольшую важность представляет видимая область спектра (390-710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активности ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Световые условия на нашей планете чрезвычайно велики: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах.

Реакция организмов на суточный ритм освещения, выражающаяся в изменении процессов траста и развития, называется фотопериодизмом . Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволяла организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

Фотопериодическая реакция свойственна как растениям, так и животным .

Сезонная ритмика у животных наиболее ярко проявляется в смене оперения у птиц и шерсти у млекопитающих, периодичности размножения и миграции, зимних спячках некоторых животных и т. д.

Биологические ритмы характерны и для человека . Суточные ритмы выражаются в чередовании сна и бодрствования, колебаниях температуры тела в пределах 0,7-0,8° С (на рассвете она понижается, к полудню повышается, вечером достигает максимума, а затем снова понижается, особенна быстро после того, как человек заснет), циклах деятельности сердца и почек и т. д.

Живые организмы способны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами. Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.

Температурные пределы жизни . Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы жизнедеятельности возможны лишь на определенном тепловом фоне, определяемом количеством тепла и продолжительностью его действия. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, как следствие, скорость и характер протекания всех химических реакций, составляющих обмен веществ.

Границами существования жизни являются температурные условия, при которых не происходит денатурации белков, необратимого изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов, дыхания. Для большинства организмов этот диапазон температур составляет от 0 до +500. Однако ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.

Виды, оптимальные условия жизнедеятельности которых приурочены к области высоких значений температур, относят к экологической группе термофилов (бактерии, населяющие термальные источники Камчатки с температурой воды 85-93°С, несколько видов зеленых водорослей, накипные лишайники, семена пустынных растений, находящиеся в верхнем раскаленном слое почвы. Температурный предел представителей животного мира обычно не превышает +55-58° С (раковинные амебы, нематоды, клещи, некоторые ракообразные, личинки многих двукрылых).

Растения и животные, сохраняющие активность при температуре от 0 до -8°С. относятся к экологической группе криофилов (греч. Kryos -холод, лед). Криофилия характерна для многих бактерии, грибов, лишайников, членистоногих и других существ, обитающих в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных полярных водах и т. п.

Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела - от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермными). Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых.

Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермними (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах .

Частный случай гомойотермии - гетеротермия - свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела , а в случае низкой активности организма - пониженную , что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей.

Экологическая роль волы. Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций.

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков , но и соотношение их величины и испаряемости . Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В гумидных (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. Различают три основных группы растений:

Гигрофиты - растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Наиболее типичные гигрофиты-травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах. которые культурные растения.

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

К группе ксерофитов относятся суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.)..

Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Адаптации животных к водному режиму . Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы:

1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны);

Человек в окружающей среде, с одной стороны, является объектом взаимодействия экологических факторов, с другой - сам оказывает воздействие на среду. С этой точки зрения человек и человечество в целом характеризуются важными особенностями. Важная черта человека как экологического фактора заключается в осознанности, целенаправленности и массированности воздействия на природу.[ ...]

Любой биологический вид имеет ограниченные энергетические ресурсы, что лимитирует его воздействие на среду. Например, зеленые растения используют энергию Солнца, консументы - часть энергии органических веществ, образуемых организмами предшествующего трофического уровня. Человечество в процессе трудовой и интеллектуальной деятельности расширяет круг доступных источников энергии вплоть до использования ядерных и термоядерных реакций. Это позволило людям преодолеть естественные ограничения роста их численности.[ ...]

Прирост народонаселения, энергообеспеченности, технической вооруженности людей создает предпосылки для заселения любых экологических ниш. Человечество представляет единственный на Земле вид с всесветным распространением. Это превращает человека в экологический фактор с глобальным распространением влияния.[ ...]

Благодаря воздействию на все главные компоненты биосферы влияние человечества достигает самых отдаленных экологических зон планеты, примером может служить обнаружение ДДТ в печени пингвинов и тюленей, отловленных в Антарктиде, где никогда не применялись инсектициды.[ ...]

Человек в результате трудовой деятельности создает вокруг себя искусственную среду обитания. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, абсолютно доминирующим фактором в которых является человек.[ ...]

В результате человеческой деятельности происходят изменения физической среды - газового состава воздуха, качества воды и пищи, климата, потока солнечной энергии и других факторов, которые отражаются на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся экстремальных условиях затрачивается много сил и средств на искусственное создание и поддержание оптимальных условий среды.[ ...]

Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются не биологическими потребностями человека, а непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Например, строительная и горнодобывающая техника ежегодно перемещают на поверхность Земли больше материала, чем сносится в море всеми реками мира в результате водной эрозии. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и Мирового океана.[ ...]

В.И. Вернадский в первой половине двадцатого века предсказывал развитие биосферы и ее переход в ноосферу - сферу разума. Определяя сегодняшний этап в развитии биосферы и человеческого общества, можно сказать, что технологические и антропогенные процессы играют все возрастающую роль.[ ...]

В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции. Для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Стратегию такого вмешательства может определить экология, опирающаяся на достижения естественных и социальных наук.

Антропоэкосистема — это сообщество людей, которые находятся во взаимоотношениях с окружающей средой.

Являясь объектом воздействия экологических факторов , человек в то же время сам оказывает воздействие на среду.

Своеобразие человека как экологического фактора заключается в том, что он оказывает на природу сознательное, целенаправленное и мощное воздействие. Энергетические ресурсы любого биологического вида ограничены, поэтому он имеет ограниченные возможности влиять на природу. Зелёные растения используют энергию Солнца , другие — энергию органических веществ предыдущего звена пищевой цепи . Человек в процессе своей умственной деятельности создает очень мощные источники энергии — ядерные и термоядерные реакции. Это расширяет возможности человека, и он становится способным занимать любое экологическое пространство на планете .

Своеобразие человека как экологического фактора заключается ещё и в том, что его деятельность носит активный творческий характер. Он может создавать вокруг себя искусственную среду, что также отличает его от остальных экологических факторов.

Факторы природной и искусственной среды постоянно воздействуют на человека.

Адаптивные экологические типы человека

В процессе истори-ческого развития человечества под влиянием различных природных факторов и в результате экологической специализации народонасе-ления земного шара в разных районах планеты появились адаптив-ные (приспособленные) типы людей .

Адаптивный тип— норма реакции, характеризующаяся развитием телосложения , физиологических показателей, биохимических и иммунологических свойств, обеспечивающих лучшее приспособление человека к определённым условиям жизни.

К числу наиболее важных современных антропогенных экосистем относятся города, села, транспортные коммуникации. Материал с сайта

Городские экосистемы

Изменение природной среды ярко проявляется в городах. Скопление промышленных и хозяйственных отходов приводит к увеличению содержания микроэлементов в почве , воде и растениях, высокая плотность городского населения создает условия для широкого распространения инфекционных болезней. В результате загрязнения воздуха значительная часть ультрафиолетовых лучей не доходит до земной поверхности. Недостаточная освещённость приводит к уменьшению содержания в организме витамина D.

Сельские экосистемы

Широкое применение пестицидов, гербицидов и других химичес-ких веществ в сельском хозяйстве может оказать вредное воздействие на здоровье сельского населения.

Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.

Понятие об экологических факторах среды, их классификация

Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.

Все экологические факторы делят на группы:

1. включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют:

• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод 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.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).

2. — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся:

• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. 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. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.

Воздействие экологических факторов на организм

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды , вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

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.

Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм

— факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду ( и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).

Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).

Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне 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, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).

Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, 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.

Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).

Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.

Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.

Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) - главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.

Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.

Совместное действие экологических факторов на организм

Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма (см. рис. 2). Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.

В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и 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.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о . Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.

Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком 10. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.

В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом (1913 г.). Эти два предела называют пределами толерантности.

По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3).

Рис. 3. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Макс — максимальная жизненная активность; Доп — допустимая жизненная активность; Опт — оптимальная (не влияющая на жизненную активность) концентрация вредного вещества; ПДК — предельно допустимая концентрация вещества, существенно не изменяющая жизненную активность; Лет — летальная концентрация

Концентрация влияющего фактора (вредного вещества) на рис. 5.2 обозначена символом С. При значениях концентрации С = С лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях С = С пдк. Следовательно, диапазон толерантности ограничивается именно значением С пдк = С лим. Отсюда, С пдк необходимо определить экспериментально для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его С плк в конкретной среде обитания (жизненной среде).

В охране окружающей среды важны именно верхние пределы устойчивости организма к вредным веществам.

Таким образом, фактическая концентрация загрязняющего вещества С факт не должна превышать С пдк (С факт ≤ С пдк = С лим).

Ценность концепции лимитирующих факторов (С лим) состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и он присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор вряд ли является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим.