Закономерности взаимодействия организма со средой: Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Общие закономерности действия факторов среды на организм

Закономерности взаимодействия организма со средой:  Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Общее количество экологических факторов, воздействующих на организм или на биоценоз, огромно.

Некоторые из них хорошо известны и понятны, например температура воды и воздуха, действие других, например изменения силы гравитации, только недавно стало изучаться.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выделить ряд закономерностей, большинство из которых отражено в экологических законах или принципах.

Закон незаменимости биосферы, который формулировали многие ученые, такие как В. И. Вернадский, Д. П. Марше и др., подчеркивает необходимость сохранения биосферы как среды обитания всего живого, его общего дома и гласит: биосфера — это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях.

Ее не в состоянии заменить созданная человеком техносфера.

Сокращение естественной биоты (исторически сложившейся совокупности флоры, фауны и микроорганизмов, не всегда экологически взаимосвязанных) ниже порогового значения лишает биосферу устойчивости, которая не может быть восстановлена с помощью очистных сооружений и безотходного производства.

Закон минимума — один из первых экологических законов. Его сформулировал в 1840 г. немецкий агроном IO. Либих. В современной трактовке этот закон звучит следующим образом: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Таким образом, фактор, находящийся в недостатке или избытке, не только отрицательно влияет на организм, но и ограничивает возможности действия других факторов.

Например, если в организме имеются в достатке все необходимые для него элементы, кроме одного, то рост и развитие организма будет зависеть именно от содержания этого элемента.

Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов (популяций), а также продуктивность организмов и сообществ.

Закон толерантности в 1913 г. предложил американский эколог В. Шел- форд: лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которым определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Согласно этому закону, для биоценоза, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного значения фактора (зона оптимума). За пределами этой зоны лежат значения фактора, за которыми существование невозможно, — критические точки.

В зоне оптимума обычно наблюдается максимальная плотность популяции. Причем зоны оптимума для различных организмов неодинаковы.

В зависимости от ширины этого диапазона организмы подразделяют на эврибион- тов (организмы с широким диапазоном адаптации) и стенобионтов (организмы с узким диапазоном адаптации).

Очевидно, что организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности, только когда весь спектр факторов имеет оптимальные для них значения. Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической толерантностью или пластичностью (изменчивостью).

Эта характеристика зависит в значительной мере от среды, в которой обитают организмы.

В среде с небольшими амплитудами колебаний отдельных факторов больше стенобионтов (например, в глубоководных горизонтах морей и океанов), если среда динамична (например, поверхностный слой водоемов), то в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты.

Закон компенсации факторов был сформулирован швейцарским исследователем Э. Рюбелем в 1930 г. в развитие закона минимума. Суть закона Рюбеля такова: одни факторы могут усиливать или смягчать действие других факторов. Например, температура оказывает более выраженное влияние при высокой влажности.

Два фундаментальных экологических закона (принципа) В. И. Вернадского:

• первый биогеохимический закон: биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к своему максимальному проявлению.

Это означает, что распространение живых организмов на Земле постоянно возрастает. Они могут сохраняться в самых неблагоприятных условиях и занимать различные экологические ниши;

• закон биогенной миграции атомов: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества.

Из этого закона следует, что в ходе эволюции право на жизнь в биосфере получают только те виды, которые необходимы биосфере для выполнения определенных функций и усиления непосредственно биогенной миграции химических элементов.

Закон конкурентного исключения Гаузе гласит: два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу. Как правило, близкие виды со сходными потребностями обитают в разных географических областях, что предотвращает их конфронтацию.

Если же такие виды обитают в одном месте, то при глубоком анализе всегда можно выявить, каким способом они избегают конкуренции. Чаще всего это различия в суточной или сезонной активности или в пище.

Именно этот закон во многом объясняет возникающие все чаще противоречия между странами: цивилизации не могут уйти из биосферы, в которой все меньше места остается для расселения и наблюдается нехватка природных ресурсов.

Невозможно отрицать, что человеческое общество, подчиняясь ряду единых экологических закономерностей природной среды, обладает и рядом собственных особенностей. Закономерности взаимодействия человеческого общества с окружающей средой описывают четыре экологических закона Б. Коммонера:

  • • все связано со всем. Для поддержания устойчивого состояния биосферы необходимо заниматься экологическими проблемами на уровне всей планеты, так как проблемы одной страны неизбежно повлияют на другие страны. Влияние на экологическую систему вызывает ряд последствий, которые трудно предсказать;
  • • все должно куда-то деваться. Тяжесть воздействия человеческого общества на окружающую среду во многом зависит и от наших знаний о возможных последствиях такого воздействия и методах снижения нагрузки на окружающую среду;
  • • природа «знает» лучше. Человек не должен пытаться быть «умнее» природы. Все, что существует на данный момент в биосфере, от простых молекул до человека, прошло в процессе эволюции серьезный отбор на право существования, главным критерием которого являлась вписанность в глобальный биотический круговорот;
  • • ничто не дается даром. Каждое новое приобретение экологической системы в процессе эволюции сопровождается возникновением новых, более сложных проблем. Из этого закона следует, что недопустимо постоянное расходование природных ресурсов, так как они неизбежно оплачиваются расходующей их системой, и этих платежей нельзя избежать.

Закон динамического равновесия Н. Ф.

Реймерса — один из основных законов природопользования: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены при сохранении общей суммы вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств системы, где эти изменения происходят.

Закон динамического равновесия подчеркивает, что окружающая среда балансирует, постоянно выравнивая различные энергетические и химические процессы, т.е. находится в состоянии динамического равновесия, которое может быть нарушено при любом внешнем воздействии. А значит, любые изменения среды повлекут за собой цепные реакции в биосфере, направленные на нейтрализацию произведенного изменения.

Закон обратной связи взаимодействия человека и биосферы П. Дан- серо («закон бумеранга») — еще один закон, предупреждающий о возможных последствиях воздействия на биосферу: любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие па экономику, социальную жизнь и здоровье людей.

Источник: https://studme.org/270587/ekologiya/obschie_zakonomernosti_deystviya_faktorov_sredy_organizm

Общие закономерности действия факторов среды на организмы

Закономерности взаимодействия организма со средой:  Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Общие закономерности действия факторов среды на организмы

Общее количество экологических факторов, воздействующих на организм или на биоценоз, огромно, некоторые из них хорошо известны и понятны, например температура воды и воздуха действие других, например изменения силы гравитации — только недавно стало изучаться. Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выделить ряд закономерностей.

Закон оптимума (толерантности)

Согласно этому закону, впервые сформулированному В. Шелфордом, для биоценоза, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий; биос – жизнь).

Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос — узкий).

Виды, способные существовать в широком диапазоне температур, называются эвритермными, а те, которые способны жить только в узком интервале температурных значений, — стенотермными.

Возможность обитать в условиях с различной соленостью воды называется эвригалинностью, на различных глубинах — эврибатностью, в местах с различной влажностью почвы — эвригигричностью и т.д.

Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если весь спектр факторов имеет для них оптимальные значения.

       Неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма

Каждый фактор среды неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться угнетением для других.

Например, температура воздуха от + 40 до + 45 °С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но при этом тормозит двигательную активность, что в конечном итоге приводит к тепловому оцепенению.

Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, оказывается неблагоприятной для икрометания.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды времени организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и др.), всегда согласован с сезонными изменениями совокупности факторов среды. При этом подвижные организмы могут менять места своего обитания для успешной реализации всех потребностей своей жизни.

Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды 

Способность к выносливости, критические точки, зоны оптимума и нормальной жизнедеятельности достаточно часто меняются на протяжении жизненного цикла особей. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами, так и возрастными, половыми и физиологическими различиями.

Например, взрослые особи пресноводных карповых и окунеобразных видов рыб, такие как карп, судак европейский обыкновенный и др.

вполне способны обитать в воде заливов внутренних морей с соленостью до 5-7 г/л, но их нерестилища располагаются только в сильно опресненных районах, около устьев рек, потому что икра этих рыб может нормально развиваться при солености воды не более 2 г/л.

Личинки крабов не могут жить в пресной воде, но взрослые особи встречаются в устьевой зоне рек, где обилие выносимого речным потоком органического материала создает хорошую кормовую базу.

У бабочки мельничной огневки — одного из опасных вредителей муки и зерновых продуктов — критическая для жизни минимальная температура для гусениц -7 °С, для взрослых форм -22 °С, а для яиц -27 °С. Понижение температуры воздуха до -10 °С смертельно для гусениц, но не опасно для взрослых форм и яиц данного вида. Таким образом, экологическая толерантность, свойственная для вида в целом, оказывается более широкой, чем толерантность каждой отдельной особи на данном этапе ее развития.

Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам среды

Степень выносливости организма к какому-то отдельному фактору не означает наличие аналогичной толерантности по отношению к другому фактору.

Виды, способные существовать в широком диапазоне температурных условий, могут оказаться не в состоянии выдерживать значительные колебания солености воды или влажности почвенной среды. Иными словами, эвритермные виды могут быть стеногалинными или стеногигрическими.

Набор экологических толерантностей (чувствительностей) к различным факторам среды называется экологическим спектром вида.

Взаимодействие экологических факторов

Зона оптимума и пределы выносливости по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании воздействуют одновременно другие факторы. Одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха.

Увядание растения можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшая тем самым испарение. Недостаток света для фотосинтеза растений можно компенсировать повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т. п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Полное отсутствие света приведет к скорой гибели растение, даже если влажность почвы и количество в ней всех питательных веществ оптимальны. Совместное действие нескольких факторов, при котором эффект их воздействия взаимно усиливается, называется синергизмом.

Синергизм четко проявляется в комбинациях тяжелых металлов (меди и цинка, меди и кадмия, никеля и цинка, кадмия и ртути, никеля и хрома), а также аммиака и медй, синтетических поверхностно активных веществ. При совокупном воздействии пар данных веществ их токсический эффект значительно возрастает.

Вследствие этого см:еси даже небольших концентраций этих веществ могут оказаться смертельными для многих организмов. Примером синергизма может являться также повышенная угроза замерзания при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

В противоположность синергизму можно выделить определенные факторы, воздействие которых снижает мощность результирующего эффекта воздействия.

Токсичность солей цинка и свинца снижается в присутствии соединений кальция, а синильной кислоты — в присутствии окиси и закиси железа. Такое явление носит название антогонизм.

При этом зная, какое именно вещество оказывает антагонистическое воздействие на данный загрязнитель, можно добиться значительного снижения его негативного воздействия.

Правило лимитирующих факторов среды и закон минимума

Сущность правила лимитирующих факторов среды заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Например, если в почве имеются в достатке все, кроме одного, необходимого для растения химического или физического фактора среды, то рост и развитие растения будет зависеть именно от величины этого фактора. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов (популяций), их ареалы.

От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Правило лимитирующих факторов среды позволило прийти к обоснованию так называемого «закона минимума». Предполагается, что впервые закон минимума сформулировал немецкий агроном Ю. Либих в 1840 г.

Согласно данному закону, результат воздействия совокупности экологических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур зависит прежде всего не от тех элементов среды, которые присутствуют обычно в достаточном количестве, а от тех, для которых свойственны минимальные концентрации (бор, медь, железо, магний и др.). Например, дефицит бора резко снижает засухоустойчивость растений.

В современной трактовке этот закон звучит следующим образом: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

То есть жизненные возможности организма лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимому для данного организма минимуму.

Дальнейшее снижение этих факторов ведетк гибели организма.

Адаптационные возможности организмов

К настоящему времени организмы освоили четыре основные среды своего обитания, которые значительно различаются по физико-химическим условиям. Это водная, наземно-воздушная, почвенная среда, а также та среда, которой являются сами живые организмы.

Кроме того, живые организмы обнаружены в слоях органических и органо-минеральных веществ, расположенных глубоко под землей, в грунтовых и артезианских водах. Так, специфические бактерии найдены в нефти, залегающей на глубинах более 1 км.

Таким образом, Сфера жизни включает не только почвенный слой, но может при наличии благоприятных условий распространяться значительно глубже в земную кору.

При этом основным сдерживающим проникновение в глубь Земли фактором выступает, по-видимому, температура среды, которая повышается по мере возрастания глубины от поверхности почвы. Считается, при температуре более 100 °С активная жизнь невозможна.

Приспособления организмов к факторам среды, в которой они обитают, носят название адаптаций. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Способность к адаптациям может считаться одним из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает возможность организмам выживать и устойчиво размножаться.

Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и целых экологических систем.

Основными типами адаптаций на уровне организма являются следующие:

·       биохимические — они проявляются во внутриклеточных процессах, могут касаться изменения работы ферментов или их общего количества;

·       физиологические — например, усиление частоты дыхания и сердечного ритма при интенсивном движении, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

·        морфоанатомические — особенности строения и формы тела, связанные с образом и средой жизни;

·       поведенческие — например, строительство некоторыми видами гнезд и нор;

·       онтогенетические — ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Организмы легче всего адаптируются к тем экологическим факторам, которые четко, устойчиво изменяются. 

Источник: https://ekoprojkt.jimdofree.com/%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B3%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0-%D0%BA-%D1%8D%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BC-%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D0%B8%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D0%BC/%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B8%D0%B5-%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8-%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F-%D1%84%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2-%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%8B-%D0%BD%D0%B0-%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B/

Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов

Закономерности взаимодействия организма со средой:  Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Лекция №6

1. Биотические факторы

1.1. Понятие, виды биотических факторов.

1.2. Биотические факторы наземной и водной среды, почв

1.3. Биологически активные вещества живых организмов

1.4. Антропогенные факторы

2. Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов

2.1. Понятие лимитирующего фактора. Закон минимума Либиха, закон Шелфорда

2.2. Специфика воздействия антропогенных факторов на организм

2.3. Классификация организмов по отношению к экологическим факторам

Биотические факторы

Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимоотношения между организмами чрезвычайно сложны и многообразны, и в целом их можно условно разделить на прямые и опосредованные.

Первые заключаются в основном в непосредственных связях по линии трофики (питания): животные получают энергию для своей жизнедеятельности, поедая растения или других животных. В свою очередь, поедаемые животные (жертвы) служат источником энергии для хищников.

Взаимодействия в системах жертва — хищник или хозяин — паразит в итоге обеспечивают естественный отбор и выживание наиболее приспособленных, определяют динамику численности популяций.

Опосредованные взаимодействия заключаются в том, что одни организмы являются средообразователями по отношению к другим, причем приоритетная значимость здесь принадлежит, безусловно, растениям-фотосинтетикам. Хорошо известна, например, локальная и глобальная средообразующая функция лесов, в том числе их почво- и полезащитная и водоохранная роль.

Непосредственно в условиях леса создается своеобразный микроклимат, который зависит от морфологических особенностей деревьев и позволяет обитать именно здесь специфическим лесным животным, травянистым растениям, мхам и др. Условия ковыльных степей представляют совершенно иные режимы абиотических факторов.

В водоемах и водотоках растения — основной источник такого важнейшего абиотического компонента среды, как кислород.

Одновременно растения служат непосредственным местом обитания для других организмов.

Например, в тканях дерева (в древесине, лубе, коре) развиваются многие грибы, плодовые тела которых (трутовики) можно видеть на по­верхности ствола; внутри листьев, плодов, стеблей травяни­стых и древесных растений живет множество насекомых и других беспозвоночных, а дупла деревьев — обычное место обитания ряда млекопитающих и птиц. Для многих видов скрытноживущих животных место питания совмещено с местом обитания.

Взаимодействия между живыми организмами в наземной и водной среде

Взаимодействия между живимыми организмами (преимущественно животными) классифицируют с точки зрения их взаимных реакции.

Различают гомотипические (от греч. гомос — одинаковый) реакции, т. е. взаимодействия между особями и группами особей одного и того же вида, и гетеротипические (от греч. гетерос— иной, разный) — взаимодействия между представителями разных видов.

Среди животных существуют виды, способные питаться только одним видом пищи (монофаги), на более или менее ограниченном круге источников пищи (узкие или широкие олигофаги), или на многих видах, используя в пищу не только растительные, но и животные ткани (полифаги).

К числу последних принадлежат, например, многие птицы, способные поедать как насекомых, так и семена растений, или такой известный вид, как медведь — по природе своей хищник, но охотно поедает ягоды, мед.

Наиболее распространенный тип гетеротипических взаимодействий между животными — хищничество, т. е. непосредственное преследование и поедание одних видов другими, например насекомых — птицами, травоядных копытных -плотоядными хищниками, мелких рыб — более крупными и т. п. Хищничество широко распространено между беспозвоночными животными — насекомыми, паукообразными, червями и др.

Другой тип — паразитизм. В самом обычном случае организм-паразит постоянно обитает на поверхности или внутри тела другого животного или растения (т. е. «хозяина») и живет за счет его питательных веществ.

Примерами могут служить обычные вши, кишечные гельминты (плоские и круглые черви), клещи, простейшие, вызывающие заболевания, а из растений — повилика или полупаразит — омела.

Такой паразитизм носит название истинного, при котором паразит не убивает своего хозяина.

Однако многие паразиты лишь периодически обитают на хозяине. Так, например, многие насекомые откладывают яйца внутрь или на поверхность тела беспозвоночных. Отродившаяся из этого яйца личинка паразита съедает хозяина изнутри или высасывает его снаружи. Такие организмы принято называть ложными паразитами или паразитоидами .

Из других форм взаимодействий между организмами можно назвать хорошо известное опыление растений животными (насекомыми); форезию, т.е.

перенос одними видами других (например, семян растений птицами и млекопитающими); комменсализм (сотрапезничество), когда одни организмы питаются остатками пищи или выделениями других, примером чего являются гиены и грифы, пожирающие остатки пищи львов; синойкию (сожительство), например использование одними животными мест обитания (нор, гнезд) других животных; нейтрализм, т. е. взаимонезависимость разных видов, обитающих на общей территории.

Одним из важных типов взаимодействия между организмами считается конкуренция, которую определяют как стремление двух видов (или индивидуумов одного вида) обладать одним и тем же ресурсом. Таким образом, выделяют внутривидовую и межвидовую конкуренцию. Конкуренцию межвидовую рассматривают, кроме того, как стремление одного вида вытеснить другой вид (конкурента) из данного места обитания.

Однако реальные доказательства конкуренции в природных (а не в экспериментальных) условиях найти трудно. Конечно, две разные особи одного вида могут пытаться отнять друг у друга куски мяса или иной пищи, но подобные явления объясняются разнокачественностью самих особей, их разной приспособленностью к одним и тем же экологическим факторам.

Любой вид организма приспособлен не к одному какому-либо фактору, а к их комплексу, причем требования двух разных (пусть даже близких) видов не совпадают. Поэтому один из двух окажется вытесненным в природной среде не в силу конкурентных стремлений» другого, а просто потому, что он хуже адаптирован к другим факторам.

Характерный пример — «конкуренция» за свет между хвойными и лиственными древесными породами в молодняках.

Лиственные (осина, береза) опережают в росте сосну или ель, но это нельзя считать конкуренцией между ними: просто первые лучше адаптированы к условиям вырубок и гарей, чем вторые.

Многолетние работы по уничтожению лиственных «сорняков» при помощи гербицидов и арборицидов (химических препаратов для уничтожения травянистых и кустарниковых растений), как правило, не приводили к «победе» хвойных, поскольку далеко не только световое довольствие, но и многие другие факторы (как биотические, так и абиотические) не отвечали их требованиям.

Иногда животных, поедающих растения или других животных (паразитов, хищников, фитофагов), рассматривают в качестве естественных врагов тех видов, которыми они питаются. Такой подход в принципе неверен. Эти организмы — обычные экологические факторы, осуществляющие в природной экосистеме функции естественного отбора.

Поэтому с общебиологических позиций хозяин и паразитоид являются взаимно необходимыми друг другу. Исчезновение (или уничтожение) такого «естетвенного врага» нанесет ущерб его хозяину или жертве, так как слабые, отставшие в развитии, генетически ущербные индивидуумы не будут уничтожаться, но будут давать при скрещивании потомство заведомо нежизнеспособное.

Отбор и приспособительная изменчивость тем самым будут исключены, и вид, не имеющий «врагов», обречен на вырождение.

Все эти обстоятельства человек должен учитывать при управлении живой природой, при эксплуатации животных и растений, т. е. при промысле или проведении таких хозяйственных мероприятий, как защита растений в сельском хозяйстве.

Биотические факторы почвы

Как уже упоминалось выше, почва — биокосное тело. В процессах ее образования и функционирования важнейшую роль играют живые организмы. К ним относятся, в первую очередь, зеленые растения, извлекающие из почвы питательные химические вещества и возвращающие их обратно вместе с отмирающими тканями.

Но в процессах почвообразования решающую роль играют населяющие почву живые организмы (педобионты): микробы, беспозвоночные и др. Микроорганизмам принадлежит ведущая роль в трансформации химических соединений, миграции химических элементов, питании растений.

Первичное разрушение мертвой органики осуществляют беспозвоночные животные (черви, моллюски, насекомые и др.) в процессе питания и выделения в почву продуктов пищеварения. Фотосинтетическое связывание углерода в почве осуществляют в некоторых типах почв микроскопические зеленые и синезеленые водоросли.

Почвенные микроорганизмы осуществляют основное разрушение минералов и приводят к образованию органических и минеральных кислот, щелочей, выделяют синтезированные ими ферменты, полисахариды, фенольные соединения.

Важнейшим звеном в биогеохимическом цикле азота является азотфиксация, которую осуществляют азотфиксирующие бактерии. Известно, что общая продукция фиксации азота микробами составляет 160-170 млн. т/год. Необходимо также упомянуть что фиксация азота, как правило, является симбиотической (совместной с растениями), осуществляемой клубеньковыми бактериями, располагающимися на корнях растений.

Биологически активные вещества живых организмов

К числу экологических факторов биотической природы относятся химические соединения, активные продуцируемые живыми организмами.

Таковы в частности, фитонциды – образуемые организмов растениями преимущественно летучие вещества, убивающие микроорганизмы или подавляющие их рост. К ним относятся гликозиды, терпеноиды, фенолы, дубильные и многие другие вещества.

Например, 1 га лиственного леса выделяет около 2 кг летучих веществ в сутки, хвойного — до 5 кг, можжевелового — около 30 кг. Поэтому воздух лесных экосистем имеет важнейшее санитарно-гигиеническое значение, убивая микроорганизмы, вызывающие опасные заболевания человека.

Для растения фитонциды выполняют функцию защиты от бактериальных, грибных инфекций, от простейших. Растения способны вырабатывать защитные вещества в ответ на заражение их патогенными грибами.

Летучие вещества одних растений могут служить средством вытеснения других растений. Взаимное влияние растений путем выделения в окружающую среду физиологически активных веществ называют аллелопатией (от греч. аллелон — взаимно, патос — страдание).

Органические вещества, образуемые микроорганизмами и обладающие способностью убивать микробов (или препятствовать их росту), называются антибиотиками; характерным примером является пенициллин. К антибиотикам относятся также антибактериальные вещества, содержащиеся в растительных и животных клетках.

Опасные алкалоиды, оказывающие отравляющее и психотропное действие, содержатся во многих грибах, высших растениях. Сильнейшая головная боль, тошнота вплоть до потери сознания может возникнуть в результате долгого пребывания человека на багульниковом болоте.

Свойствами вырабатывать и выделять отпугивающие, привлекающие, сигнальные, убивающие вещества обладают позвоночные и беспозвоночные животные. В их числе можно назвать многих паукообразных (скорпион, каракурт, тарантул и др.), пресмыкающихся. Человек широко использует яды животных и растений в лечебных целях.

Совместная эволюция животных и растений выработала у них сложнейшие информационно-химические взаимоот­ношения. Приведем лишь один пример: многие насекомые по запаху различают свои кормовые породы, жуки-короеды, в частности, прилетают только к умирающему дереву, рас­познавая его по составу летучих терпенов живицы.

Антропогенные экологические факторы

Вся история научно-технического прогресса, представляет собой совокупность преобразования человеком в своих целях природных экологических факторов и создания новых, ранее в природе не существовавших.

Выплавка металлов из руд и производство оборудования невозможны без создания высоких температур, давлений, мощных электромагнитных полей.

Получение и сохранение высоких урожаев сельскохозяйственных культур требует производства удобрений и средств химической защиты растений от вредителей и возбудителей заболеваний.

Современ­ное здравоохранение немыслимо без средств хемо- и физиотерапии. Эти примеры можно умножить.

Достижения научно-технического прогресса стали использоваться в политических и экономических целях, что крайним образом проявилось в создании специальных поражающих человека и его имущество экологических факторов: от огнестрельного оружия до средств массового физического, химического и биологического воздействия. В данном случае можно прямо говорить о совокупности антропотропных (т. е. направленных на человеческий организм) и, в частности, антропоцидных экологических факторов, вызывающих загрязнение окружающей среды.

С другой стороны, кроме таких факторов целенаправленного назначения, в процессе эксплуатации и переработки природных ресурсов неизбежно образуются побочные химические соединения и зоны высоких уровней физических факторов.

В ряде случаев эти процессы могут носить скачкообразный характер (в условиях аварий и катастроф) с тяжелыми экологическими и материальными последствиями.

Отсюда и потребовалось создавать способы и средства защиты человека от опасных и вредных факторов, что реализовалось в настоящее время в упомянутую выше систему — безопасность жизнедеятельности.

В упрощенной форме ориентировочная классификация антропогенных экологических факторов представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация антропогенных экологических факторов

БОВ – боевые отравляющие вещества, Зоонозы – инфекционные и паразитарные заболевания животных, болезни, которыми может заразиться человек от животных (чума, сибирская язва)

Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов

Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве.

Теплое время года с правильной периодичностью сменяется холодным; в течение суток наблюдаются более или менее широкие колебания температуры, освещенности, влажности, силы ветра и т. п. Все это — природные, колебания экологических факторов, однако воздействовать на них способен и человек.

Влияние антропогенной деятельности на окружающую среду проявляется в общем случае в изменении режимов (абсолютных значений и динамики) экологических факторов, а также — состава факторов, например при внесении ксенобиотиков в природные системы в процессе производства или специальных мероприятий — таких, как защита растений при помощи ядохимикатов или внесение органических и минеральных удобрений в почву.

Однако каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма (т. е. его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство.

Требования и устойчивость того или иного вида организма к экологическим факторам определяют границы географической зоны, в пределах которой он может обитать, т. е. его ареал.

Факторы окружающей среды определяют также амплитуду колебаний численности того или иного вида во времени и пространстве, которая никогда не остается постоянной, а изменяется в более или менее широких пределах.

Закон лимитирующего фактора

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических , факторов — как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах.

Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но другие вещества, например бор или молибден, требуются в ничтожных количествах.

Тем не менее недостаток или отсутствие любого вещества (как макро-, так и микроэлемента) отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах. Один из основоположников агрохимии — немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873) сформулировал теорию минерального питания растений.

Он установил, что развитие растения или его состояние зависят не от тех химических элементов (или веществ), то есть факторов, которые присутствуют в почве в достаточных количествах, а от тех, которых не хватает. Например, достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать недостаток железа, бора или калия.

Если любого (хотя бы одного) из элементов питания в почве меньше, чем требуется данному растению, то оно будет развиваться ненормально, замедленно или иметь патологические отклонения. Результаты своих исследований Ю. Либих сформулировал в виде фундаментального закона минимума.

Источник: https://megaobuchalka.ru/10/29289.html

Закономерности действия факторов среды на организмы. урок. Биология 9 Класс

Закономерности взаимодействия организма со средой:  Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Наша планета вместе с ее обитателями является открытой системой: она открыта всем космическим ветрам и обменивается с космосом веществом и энергией. Земля постоянно теряет атмосферу, на нее падают метеориты и космическая пыль. Многие явления в биосфере тесно связаны с активностью Солнца.

Всё больше накапливается данных, свидетельствующих о том, что резкое увеличение численности отдельных видов или популяций связано с изменениями солнечной активности. Выдвигаются теории, что Солнце влияет на изменения в недрах планеты, а также на социальную активность людей.

Чтобы понять эти процессы, следует усвоить общие закономерности воздействия факторов среды на организмы.

Чаще всего «экологические» проблемы, в бытовом понимании, случаются тогда, когда люди неосознанно пренебрегают законами природы, или «экологическими законами». Эти законы отражают всевозможные воздействия факторов среды на деятельность того или иного организма.

Факторов великое множество, и разные виды реагируют на них по-разному (http://spb.ria.ru/Infographics/20120326/497357195.html). Однако можно выявить общие закономерности воздействия факторов среды на организмы.

Закон оптимума (от лат. «оптимум», что означает «наилучшее») – любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Этот закон отражает силу воздействия фактора. Есть определенные границы действия каждого фактора, в пределах которых жизнеспособность организмов возрастает, – это и есть зона оптимума.

При отклонении силы воздействия фактора от данной зоны в сторону уменьшения или увеличения жизнеспособность организмов падает – это зоны угнетения, или пессимума (от лат. «пессимус» – «очень плохой»).

Если действия фактора выходят за определенные минимально или максимально возможные для вида пределы – организмы погибают. Губительные значения и факторы называют критической точкой.

Закон оптимума имеет большое практическое значение: не существует всецело положительных или отрицательных факторов – всё зависит от меры их проявления.

Все формы влияния среды на организмы имеют сугубо количественные выражения.

Чтобы управлять жизнедеятельностью вида, следует, прежде всего, не допускать выхода разных экологических факторов за их критические значения и стараться выдерживать зону оптимума.

Это очень важно для растениеводства и животноводства, лесного хозяйства и вообще всех областей взаимоотношений человека с живой природой. Это же правило относится и к самому человеку, к примеру, в области медицины.

Использование закона оптимума осложняется тем, что для разных видов оптимальные проявления факторов могут быть различны. То, что хорошо для одного вида, может быть пессимумом или выходить за критические точки для другого.

Например, при температуре +20 °С тропическая обезьяна дрожит от холода, а северный обитатель – песец – изнывает от жары. Бабочки – зимние пяденицы – еще порхают в ноябре при температуре +6 °С,  когда большинство других насекомых впадают в оцепенение.

Рис выращивают на полях, залитых водой, а пшеница в таких условиях вымокает и погибает. Однако совсем без воды она тоже не может.

Закон экологической индивидуальности видов гласит, что в природе не существует двух одинаковых видов, которые полностью совпадают по критическим точкам и оптимумам в отношении определенного набора природных факторов. То есть, если в устойчивости к определенному фактору эти два вида совпадают, они обязательно разойдутся по какому-то другому фактору.

Незнание закона экологической индивидуальности видов, например, в сельскохозяйственном производстве, может привести к гибели организмов при неправильном использовании  минеральных или органических удобрений и ядохимикатов.

Эти вещества часто вносят в избыточных количествах, не считаясь с индивидуальными потребностями растений.

Закон ограничивающего фактора тесно связан с законом оптимума, более того, он вытекает из него: в окружающей среде нет всецело отрицательных или положительных факторов, всё зависит от силы их действия.

На живые существа одновременно действует множество факторов, и, к тому же, большинство из них переменчиво. 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, то есть ограничивает жизнедеятельность организмов в данный период.

Любой фактор, влияющий на организмы, может стать оптимальным либо  ограничивающим,  в зависимости от силы воздействия.

Закон совместного действия фактора гласит: результат влияния любого экологического фактора зависит, в первую очередь, от того, в какой комбинации и с какой силой действуют другие факторы. Так, каждый знает, что переносить мороз в безветренную  погоду значительно легче, чем при сильном ветре.

В тридцатиградусную жару организм значительно хуже ее переносит при высокой влажности, чем в сухую погоду, и т.д.

Поэтому, если нет возможности изменить ограничивающий фактор, часто можно добиться смягчения его действия, изменяя другие факторы. В сельском хозяйстве эти приемы входят в норму.

Например, добавочное рыхление почвы оргтехникой снижает испарение почвенной влаги, так как нарушает сеть мелких пор, из которых испаряется вода.

Закон незаменимости фактора свидетельствует о том, что нельзя полностью заменить один фактор другим. Тем не менее нередко при комплексном воздействии факторов наблюдается так называемый эффект замещения. Например, свет не может быть заменен избытком тепла или углекислого газа, однако, изменяя температуру, можно усилить фотосинтез у растений.

Однако это является не замещением одного фактора другим, а лишь проявлением сходного биологического эффекта, вызванного изменениями количественных показателей совместного действия факторов. Эти взаимодействия используются в сельском хозяйстве. Например, в теплицах для большей продуктивности растений повышают содержание углекислого газа в воздухе, используя подогрев.

Это отчасти компенсирует нехватку света в осеннее и зимнее время.

Периодичность в жизни организмов

В действии экологических факторов мы можем наблюдать периодичность, связанную со сменой времени суток, времен года, морскими приливами и фазами Луны. Эта периодичность обусловлена космическими причинами движения Земли вокруг своей оси, вокруг Солнца и взаимодействиями с Луной.

Жизнь на Земле приспособлена к этой постоянно существующей ритмике, что проявляется в состоянии организмов и их поведении.

Вегетация растений, листопад, зимний покой, размножение животных, их миграции и спячки, нагуливание жира – это примеры явлений, обусловленных изменением времени года.

Смены дня и ночи вызывают изменения активности у животных, скорости фотосинтеза у растений и т.д.

Бочка Либиха

Немецкий химик Юстус Либих совершил удивительное открытие, касающееся ограничивающих факторов для жизни различных растений.

В частности, он установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества или минерального элемента, который представлен в почве наиболее слабо.

Например, если фосфора в почве лишь 20% от необходимой нормы, а кальция – 50% от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора. Необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащее удобрение.

По имени ученого названо образное представление этого закона, называемое Бочкой Либиха. 

Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке, – длина остальных досок уже не имеет значения.

Внутренние сезонные ритмы

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды может быть как приобретенной на протяжении жизни животного, так и наследственной. Внутренние сезонные ритмы перестраиваются с большим трудом, зачастую лишь через несколько поколений. Например, животные Южного полушария, перевезенные в наши зоопарки, размножаются осенью под зиму, когда на их родине весна.

Вопросы:

1. Какие основные экологические законы, характеризующие влияние факторов среды, вы знаете?

2. Какие закономерности воздействия факторов среды на организмы вам известны?

3. Какую роль периодические явления играют в жизненном цикле животных, растений и микроорганизмов?

4. В чем состоит суть закона природы, который иллюстрирует т.н. бочка Либиха?

Ссылки на литературу

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – М.: Дрофа, 2009.

2. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

3. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд. перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/biology/9-klass/osnovy-ekologii/zakonomernosti-deystviya-faktorov-sredy-na-organizmy

Количественные закономерности действия экологических факторов, совместное действие экологических факторов

Закономерности взаимодействия организма со средой:  Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

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.

На рисунке по оси абсцисс отложена интенсивность (или «доза») фактора (например, температура, освещенность, концентрация солей в почвенном растворе, рН или влажность почвы и т д.

), а по оси ординат — реакция организма на воздействие экологического фактора в его количественном выражении (например, интенсивность фотосинтеза, дыхания, скорость роста, продуктивность, численность особей на единицу площади и т. д.), т е. степень благотворности фактора.

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. экологический популяция озоновый дыра

Точка оптимума — зона нормальной жизнедеятельности, наиболее благоприятная для организма величина воздействующего фактора. Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума.

Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения организмов при резком недостатке или избытке 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 (зоны угнетения) и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды. Различают нижний и верхний предел выносливости. За пределами выносливости существование организма невозможно.

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.

Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с довольно узким диапазоном кислотности — при рН = 3,5—4,5 (например, вереск обыкновенный, белоус торчащий, щавель малый служат индикаторами кислых почв), другие хорошо растут при широком диапазоне рН — от сильнокислого до щелочного (например, сосна обыкновенная).

В связи с этим 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.

Значит, 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.

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.

В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации.

Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.

Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

Поэтому 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).

Например, в водной среде зачастую таким фактором становится содержание кислорода; а причиной, препятствующей распространению бука в Европе, оказывается низкая температура в январе, поэтому северные границы его ареала соответствуют январской изотерме -2оС. Следует отметить, что один и тот же фактор, выступая для вида ограничивающим, через некоторое время может утрачивать эту функцию.

Природа ограничивающих факторов может быть различной. Например, угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, богатых почвах возможности развития трав ограничиваются недостатком света. Изменить такой результат можно только воздействием на ограничивающий фактор.

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 культур и продуктивности домашних животных.

Источник: https://vuzlit.ru/628563/kolichestvennye_zakonomernosti_deystviya_ekologicheskih_faktorov_sovmestnoe_deystvie_ekologicheskih_faktorov

Scicenter1
Добавить комментарий