(Документ)
n1.doc
Основы общей экологии.
2.1. Среда и условия существования организмов.
Среда – всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д.Среда каждого организма слагается из множеств неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы необходимы организму, другие безразличны для него, третьи оказывают вредное воздействие.
Условия существования , или условия жизни – совокупность необходимых организму элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Элементы среды как необходимые организму, так и отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами .
Экологические факторы принято делить на три основные группы: абиотические, биотические и антропические.
Абиотические факторы – комплекс условий неорганической и органической среды, влияющих на организм. Абиотические факторы подразделяются на химические (химический состав воздуха, океана, почвы и др.) и физические (температура, давление, ветер, влажность, свет, радиационный режим и др.).
Антропические факторы – совокупность воздействий деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования человек оказывает влияние на среду (за счёт дыхания ежегодно в атмосферу поступает примерно 1,1·10 12 кг СО 2 и др.) и неизмеримо большее производственной деятельностью во всё возрастающей степени.
Влияние на организм абиотических факторов может быть прямым и косвенным (опосредованным). Так, например, температура среды определяет скорость физиологических процессов в организме и, соответственно, его развитие (прямое влияние); в то же время, влияя на развитие растений, являющихся кормом для животных, она оказывает на последних косвенное воздействие.
Эффект действия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура, яркий свет или темнота и др.). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Причем, для каждого организма существует свой набор факторов, наиболее для него благоприятный.
Чем больше доза факторов отклоняется от оптимальной для данного вида величины (увеличение или уменьшение), тем сильнее угнетается его жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности ).
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для организма (его жизнедеятельности), называется оптимумом , а дающая наихудший эффект – пессимумом .
Организмы могут приспосабливаться во времени к изменению факторов. Свойство видов адаптироваться к изменению диапазонов экологических факторов называется экологической пластичностью (экологической валентностью ). Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его толерантности (выносливости).
Экологически непластичные (маловыносливые) виды называются стенобионтными (от греч. stenos – узкий), более пластичные (выносливые) – эврибионтными (от греч. eurys – широкий). Виды организмов, длительное время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и приобретают черты стенобионтности; виды, существовавшие в условиях значительного изменения факторов среды, становятся эврибионтными.
Отношение организмов к колебаниям того или иного фактора среды выражается прибавлением приставок стено - и эври - (стено- и эвритермные, стено- и эврифотные и т.п.).
Исторически приспосабливаясь к абиотическим фактором среды и вступая в биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные биогеоценозы , в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.
Биогеоценоз – территориально (пространственно) обособленная целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны друг с другом.
Все экологические факторы действуют на организм одновременно и во взаимодействии. Такая совокупность их называется констелляцией . Поэтому оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то одному фактору зависят от других. Причем, если интенсивность хотя бы одного фактора выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Такой фактор называется ограничивающим . Особым случаем принципа ограничивающих факторов является правило минимума, сформулированное Либихом (немецкий химик) для характеристики урожайности сельскохозяйственных культур: вещество, находящееся в минимуме (в почве, в воздухе), управляет урожаем и определяет величину и устойчивость последнего.
2.2. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов.
2.2.1. Свет.
Свет является одним из важнейших экологических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Основным источником света для Земли является Солнце, излучающее огромное количество энергии, в том числе электромагнитной. Приближённый состав последней по длине волны ( , нм ) следующий: 48% – инфракрасная ( = 1·10 6 …760); 50% – видимая ( = 760…360); 2% – ультрафиолетовая ( = 360…10) и ионизирующая (Ультрафиолетовое излучение с нм губительно для жизни, с = 250…360 н м – стимулирует у животных образование витамина D , а с = 200…300 нм губительно для микроорганизмов.
Электромагнитное излучение с = 380…400 нм обладает высокой фотосинтетической активностью.
Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами как тепло.
Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет, за счет которого образуется хлорофилл и осуществляется важнейший в жизни биосферы процесс фотосинтеза (образование органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии). Фотосинтез обеспечивает планету органическими веществами и аккумулированной в них солнечной энергией.
В общем балансе энергии Земли солнечная составляет ~ 99,9 % . Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 % , то ~ 19 % её поглощается атмосферой, ~ 34 % отражается в космос и ~ 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной электромагнитной энергии. Прямая электромагнитная энергия представляет собой спектр излучения с от 0,1 до 30000 нм . Ультрафиолетовая часть этого спектра составляет 1…5 % , видимая 16…45 % , инфракрасная 49…84 % . Количество рассеянной электромагнитной энергии возрастает с уменьшением высоты стояния Солнца над горизонтом и увеличением мутности атмосферы. Спектральный состав электромагнитного излучения безоблачного неба характеризуется максимальной энергией с = 400…480 нм .
Из спектра ультрафиолетового излучения до поверхности Земли доходит только длинноволновая часть с = 290…380 нм , а его коротковолновая составляющая, губительная для всего живого, практически полностью поглощается озоном стратосферы на высоте 20…25 км . Длинноволновая часть спектра ультрафиолетового излучения обладает большой энергией фотонов, что обусловливает его высокую фотохимическую активность. Большие дозы этого излучения вредны для организмов, а небольшие необходимы многим из них. В диапазоне = 250…300 нм ультрафиолетовое излучение обладает мощным бактерицидным действием, способствует образованию у животных антирахитичного витамина D, а при = 200…380 н м инициирует «загар» кожного покрова человека, что является защитной реакцией организма. Инфракрасное электромагнитное излучение с > 750 нм оказывает тепловое воздействие на организмы.
С областью видимой электромагнитной энергии, воспринимаемой глазом человека, практически совпадает физиологически активная электромагнитная энергия ( = 300…800 нм ), в пределах которой находится фотосинтетически активный диапазон = 380…710 нм . Область физиологически активной электромагнитной энергии принято делить на ряд зон: ультрафиолетовую (УФ) – нм; сине-фиолетовуую (С-Ф) – = 400…500 нм ; жёлто-зелёную (Ж-З) – = 500…600 нм ; оранжево-красную (О-К) – = 600…700 нм и дальнюю красную (ДК) – > 700 нм .
Из всего потока фотосинтетически активной электромагнитной энергии, достигающей земной поверхности, около 0,2 % кумулируется растениями, благодаря уникальной реакции фотосинтеза по схеме
CO
2 + H
2 O
+ солн
. энергия
хлорофилл CH
2 O
+ O
2
Скорость фотосинтеза зависит от вида растения, интенсивности света, температуры, концентрации СО
2 и других факторов. Например, в средней полосе России у большинства сельскохозяйственных (сх) растений скорость фотосинтеза достигает 20 мг
СО
2 на 1 дм
2 листовой поверхности в час
.
Фотосинтез практически не происходит в желто-зелёной части спектра видимого излучения.
В целом свет влияет на: скорость роста и развития растений; интенсивность фотосинтеза; активность животных; изменение влажности и температуры среды; суточные и сезонные биоциклы, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси и движением вокруг Солнца.
На жизнедеятельность организмов влияет также световой режим – совокупность освещенности (лк , Вт/м 2), количества света (суммарное количество электромагнитной энергии) и качества света (спектральный состав). Световой режим зависит от широты местности, рельефа, мутности атмосферы, подстилающей поверхности, облачности и других факторов.
По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), тенелюбивые (тенелюбы), теневыносливые.
Световые виды (гелиофиты ) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и образуют разреженный и невысокий растительный покров (например, подсолнечник).
Теневые виды (сциофиты ) растут под пологом леса в постоянной тени (например, лесные травы).
Теневыносливые виды (факультативные гелиофиты ) могут расти как при хорошем освещении, так и в условиях затенения (большинство растений лесов).
Изменение специфичности светового режима в первых двух группах ведет к угнетению их жизнедеятельности вплоть до гибели.
Свет является важнейшим средством ориентации животных. У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов: положительного (перемещение в сторону большей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону меньшей освещенности).
Световой режим оказывает влияние на географическое распространение животных.
Определенную роль в жизнедеятельности животных имеет биолюминесценция – способность организмов светиться. Происходит это в результате окисления органических веществ – люциферинов в ответ на раздражения, поступающие из окружающей среды. Биолюминесценция имеет сигнальное значение в жизни животных, например, для привлечения особей противоположного пола в ночное и сумеречное время у жуков – светляков.
Таким образом, растениям свет необходим в основном для фотосинтеза, а животным в основном для получения информации об окружающей их среде.
2.2.2. Теплота (температура).
Теплота – совокупность различных видов внутренней энергии вещества (энергия колебательного движения атомов и молекул, энергия межатомных и межмолекулярных связей и др., за исключением внутриатомной и ядерной энергии).Температура – параметр, отражающий среднюю кинетическую скорость колебательного движения атомов и молекул в веществе.
От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а также скорость химических реакций, составляющих обмен веществ. Поэтому границы существования жизни - это температуры, при которых возможно образование и нормальное функционирование белков (в среднем от 0 до +50 о С ). Однако некоторые организмы, обладая специализированными ферментными системами, могут существовать при температуре тела, выходящей за указанные пределы.
Виды организмов, предпочитающие холод образуют экологическую группу криофилов . Они могут сохранять активность при температуре клеток до (–8)…(–10 о С ), когда жидкая фаза их тела находится в переохлажденном состоянии (бактерии, грибы, мхи, лишайники и др., обитающие в Арктике, высокогорьях и т.п. местах).
Виды организмов, приспособившиеся к существованию в условиях высоких температур, относятся к группе термофилов . Они могут активно существовать при температуре среды до
90…98 о С (личинки насекомых, организмы, живущие на поверхности почвы и в разлагающихся органических остатках, а также ряд микроорганизмов).
Температурные границы существования жизни для многих видов расширяются в их латентном состоянии (скрытый период жизни). Так, споры некоторых бактерий в течение нескольких минут выдерживают нагревание до +180 о С , а обезвоженные семена, пыльца и споры некоторых растений выдерживали температуру (–271,16 о С ) с последующим возвращением к жизни. В этом случае все молекулы находятся в состоянии практически полного покоя и никакие биохимические реакции невозможны. Такое состояние организма (приостановка всех жизненных процессов) называется анабиоз . Из него к нормальной жизнедеятельности организм может возвратиться только при отсутствии нарушений структуры макромолекул в его клетках.
Нестабильность температуры окружающей среды создает существенную экологическую проблему. Так, понижение температуры вызывает опасность такого замедления обмена веществ, при котором невозможно проявление основных жизнедеятельных функций, а повышение температуры может нарушить нормальную жизнедеятельность организма задолго до теплового разрушения ферментов и белков из-за резкого возрастания потребности в пище и кислороде, которые не всегда удовлетворяются.
В ходе эволюции у организмов выработались различные механизмы регулирования обмена веществ при изменении температуры окружающей среды, основные из них следующие:
биохимическая и физиологическая перестройка систем жизнеобеспечения (изменение набора, концентрации и активности ферментов, обезвоживание, понижение точки замерзания растворов тела и др.);
поддержание температуры тела на более стабильном уровне (по сравнению с температурой окружающей среды), что обеспечивает практически постоянную скорость биохимических реакций. Эта стабильность обусловлена процессами выделения тепла как побочного продукта биохимических реакций и теплоотдачи в окружающую среду.
Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от изменения её в окружающей среде, называются гомойотермными (от греч. gomoios – одинаковый). Это только 2 высших класса позвоночных – птицы и млекопитающие. Частный случай гомойотермии – гетеротермия характерен для животных, впадающих в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение, при этом обмен веществ замедляется (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.).
У пойкилотермных организмов после холодового угнетения нормальный обмен веществ восстанавливается при температуре, называемой температурным порогом развития и протекает тем интенсивнее, чем выше температура окружающей среды, что ускоряет прохождение всех стадий и всего жизненного цикла организма.
Таким образом, для осуществления генетической программы развития таким организмам необходимо получить из окружающей среды определенное количество теплоты. Эта теплота измеряется суммой эффективных температур. Эффективная температура – положительная разность между температурой окружающей среды и температурным порогом развития организма. Для каждого вида эффективная температура имеет верхние пределы.
Сумма эффективных температур рассчитывается по формуле
? Э.Т. = (t
О.С. – t
П.Р.)ּn
где: ?
Э.Т. – сумма эффективных температур, о
С
;
t О.С. – температура окружающей среды, о С ;
t П.Р. – температурный порог развития, о С ;
n – число часов или дней с t О.С. > t П..Р.
Сумма эффективных температур, которая необходима для протекания жизненного цикла, ограничивает географическое распространение видов.
Так как наземная среда обитания имеет большой диапазон колебаний температуры, организмы выработали различные адаптационные механизмы жизнедеятельности в ней.
Так, у растений изменяется химический состав растворов, скорость биохимических реакций, способность поглощать или отражать солнечный свет и другие характеристики.
В отличие от растений, животные, обладающие мышцами, производят гораздо больше собственного внутреннего тепла, что определяет следующие основные пути их температурных адаптаций:
химическое терморегулирование – активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды;
физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток. Это обусловлено особенностями анатомии и физиологии животных (волосяной и перьевой покровы, распределение жировых запасов, наличие испарительной теплоотдачи и т.п.);
поведение организмов – перемещение в пространстве, смена позы и т.п.
Эффективным механизмом терморегулирования является испарение воды путем потоотделения через кожный покров или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Так как теплота парообразования воды велика (2,3·10 6 Дж/кг ), таким путем из организма выводится много избыточного тепла. Так, человек в жару за день может выделить до 10…12 л пота, при испарении которого в окружающую среду рассеивается ~ 2,5·10 7 Дж тепловой энергии, что соответствует затрачиваемой мощности ~ 580 Вт .
Поддержание температурного баланса организма теплокровных животных зависит также от отношения поверхности тела к его объему. Так, согласно правилу Бергмана из двух близких видов теплокровных более крупный обитает в холодном, а более мелкий в теплом климате; а в соответствии с правилом Аллена относительные размеры конечностей и других выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) увеличиваются от высоких широт к низким.
Причиной этих изменений являются зависимости теплопродуцирования от массы организма, а теплоотдачи в окружающую среду от поверхности тела.
Терморегуляция при общем высоком уровне окислительных процессов в организме позволяет гомойотермным животным поддерживать свой тепловой баланс (практически постоянную температуру) на фоне широкого диапазона колебаний температуры окружающей среды.
Опираясь на вышеизложенное, можно заключить, что каждая из рассмотренных 2-х групп организмов в аспекте теплового фактора имеет свои экологические выгоды.
2.2.3. Вода (влажность).
Вода является одним из важнейших экологических факторов в жизни наземных организмов. Она составляет основную часть протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных соков. Вода с растворенными в ней веществами обусловливает осмотическое давление клеточных и тканевых жидкостей, а также межклеточный обмен. Содержание воды в организме колеблется от 40 % масс . (стволы деревьев) до 98 % масс . (водоросли).В процессе эволюции у наземных организмов выработались адаптации, регулирующие водный обмен и расходование влаги.
Дефицит влаги приводит к снижению прироста растений, ограниченности численности организмов, их распространению по земному шару и к другим последствиям.
Важную роль в жизни растений и животных имеет влажность воздуха. Различают абсолютную и относительную влажность воздуха.
Абсолютная влажность отражает концентрацию водяных паров в воздухе и меняется в России от 1,5 г/м 3 (зимой) до 14 г/м 3 (летом).
Относительная влажность характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами и определяется по формуле
,
%
где: А
– абсолютная влажность воздуха при данных условиях, г/м
3 ;М – максимально возможная абсолютная влажность воздуха при этих же условиях, г/м 3 .
В экологии наиболее часто учитывается относительная влажность, т.к. она в большей степени влияет на интенсивность испарительных процессов. Широко используется параметр, называемый дефицитом насыщения, который также характеризует интенсивность испарительных процессов.
По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (предпочитающие умеренную влажность).
Наиболее подвержены влиянию водного режима растения, т.к. они не могут передвигаться в поисках необходимой среды.
По отношению к колебанием водоснабжения и испарения растения делят на пойкилогидрические и гомойогидрические . У первых количество воды в тканях непостоянно и зависит от влажности среды (мхи, папоротники и др.). Вторые способны поддерживать относительное постоянство содержания воды в тканях и меньше зависят от условий среды (большинство высших растений).
У наземных животных водообеспечение осуществляется тремя основными путями: через питье; с сочной пищей; в результате метаболизма (за счет окисления и расщепления жиров, белков и углеводов).
Потеря воды у животных происходит путем испарения и выделения мочи, а так же с остатками непереваренной пищи. Излишняя потеря воды опасна для животных и может привести к гибели их скорее, чем голодание.
Виды животных, получающие воду в основном через питье, тяготеют к водоемам (крупные млекопитающие, птицы).
Многие животные могут обходиться без питьевой воды, получая её из воздуха, почвы, пищи и др. способами (мелкие пустынные животные).
В процессе эволюции животные выработали следующие адаптации к поддерживанию водного баланса: поведенческие (поиски водоемов, рытье нор и др.); морфологические (раковины наземных улиток, ороговевшие покровы рептилий и др.); физиологические (образование метаболической воды, экономия воды при выделении мочи и кала, регулирование потоотделения и др.).
Выносливость к обезвоживанию выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам. Так, для человека потеря воды, превышающая 10% массы тела, смертельна, в то же время верблюды переносят потери воды до 27 % , овцы – до 23 % , собаки – до 17 % .
Экономия воды, выводимой через почки, достигается перестройкой азотного обмена. Так, у водных организмов при распаде белков образуется аммиак (NH 3), на выведение которого тратится много воды, а у наземных млекопитающих – мочевина (карбамид) (СО (NH 2) 2), которая является менее токсичным продуктом и может накапливаться в организме, не причиняя ему особого вреда, а, следовательно, выводиться в более концентрированном виде при меньшем количестве воды.
У пойкилотермных животных нагревание тела в результате повышения температуры воздуха позволяет избегать излишних потерь воды, которая тратится у гомойотермных животных для поддержания постоянной температуры. Этот фактор используют и некоторые животные с хорошей терморегуляцией. Например, верблюды способны на некоторое время «отключать» терморегуляцонные испарения. Летом в утренние часы температура тела его ~ 35 о С , а днем в жару достигает 40,7 о С , т.е. почти до предела выносливости. Это позволяет животному экономить на испарении до 5 л воды за сутки.
Все водные обитатели, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности определяются, прежде всего, физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы.
Плотность воды определяет ее значительную выталкивающую силу. Это значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быстрому активному плаванию, как бы парят в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей получила название планктон. В состав планктона входят микроскопические водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб, медузы и многие другие виды. Планктонные организмы переносятся течениями не в силах противостоять им. Наличие в воде планктона делает возможным фильтрационный тип питания, т. е. отцеживание, при помощи разных приспособлений, взвешенных в воде мелких организмов и пищевых частиц. Оно развито и у плавающих, и у сидячих донных животных, таких, как морские лилии, мидии, устрицы и другие. Сидячий образ жизни был бы невозможен у водных обитателей, если бы не было планктона, а он, в свою очередь, возможен только в среде с достаточной плотностью.
Плотность воды затрудняет активное передвижение в ней, поэтому быстро плавающие животные, такие, как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела. В связи с высокой плотностью воды давление с глубиной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в тысячи раз выше, чем на поверхности суши.
Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные организмы могут существовать только в верхних горизонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100-200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоководные животные обитают в полном мраке.
Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимостью приспосабливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горячих источниках температура воды может приближаться к точке кипения.
Одна из сложностей жизни водных обитателей - ограниченное количество кислорода. Его растворимость не очень велика и к тому же сильно уменьшается при загрязнении или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы - массовая гибель обитателей из-за нехватки кислорода, которая наступает по разным причинам.
ЧАСТЬ II
Глава 3. ФАКТОРЫ СРЕДЫ. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМЫ
Среда и условия существования организмов. Необходимо различать такие понятия, как среда и условия существования организмов.
Среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие почти или полностью безразличны для него, а третьи оказывают вредное воздействие. Так, например, заяц-беляк (Lepus timidus) в лесу вступает в определенные взаимоотношения с пищей, кислородом, водой, химическими соединениями, без которых он обойтись не может. А вот валун, ствол дерева, пень, кочка не оказывают существенного влияния на его жизнь: заяц вступает с ними во временные (укрытие от непогоды, врага), но не обязательные связи.
Условия существования, или условия жизни,– это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами. В природе эти факторы действуют не изолированно друг от друга, а в виде сложного комплекса. Комплекс экологических факторов, без которых организм существовать не может, и представляет собой условия существования, или условия жизни данного организма.
Различные организмы по-разному воспринимают и неодинаково реагируют на одни и те же факторы. Кроме того, для организмов каждого вида характерны свои особые условия. Растения и животные пустынь и полупустынь существуют в условиях повышенной температуры и низкой влажности. В тундре обитают растения и животные, чувствительные к недостатку влаги и способные переносить низкие температуры. Жители соленых и пресных вод по-разному воспринимают концентрацию минеральных веществ. Избирательно относятся к тем или иным факторам животные и растения тундр, пресных озер и соленых морей.
Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфичные для каждой географической зоны группировки растений и животных.
Классификация факторов. Анализ огромного разнообразия факторов позволяет разделить их более или менее четко на три основные группы: абиотические, биотические и антропические.
Абиотические факторы – это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Они делятся на химические (химический состав атмосферы, морских и пресных вод, почвы, донных отложений) и физические, или климатические (температура, барометрическое давление, ветер, влажность, радиационный режим и др.), факторы. Строение поверхности (рельеф), геологические и климатические различия обусловливают огромное разнообразие абиотических факторов, играющих соответствующую роль в жизни исторически приспособившихся к ним видов животных, растений и микроорганизмов. Численность (биомасса) и распределение организмов в пределах ареала зависят от лимитирующих факторов, т. е. от факторов, необходимых для существования, но представленных в минимуме. Для жителей пустынь это вода, для многих водных организмов – количество растворенного в воде кислорода.
Антропические факторы – совокупность воздействия деятельности человека на органический мир. По мере исторического развития человечества и возникновения специфических, присущих только ему закономерностей природа обогатилась качественно новыми явлениями. Уже фактом своего существования люди оказывают на окружающую их среду заметное влияние. Например, в процессе дыхания в атмосферу ежегодно поступает 1,1 10 12 кг углекислого газа, а годовая потребность человечества в пище оценивается величиной 2,7·10 15 ккал (11,34·10 15 кДж). Но в значительно большей степени на природу влияет производственная деятельность людей. В результате изменяется рельеф и химический состав земной поверхности, атмосфера, происходит перераспределение пресной воды, изменяется климат планеты в целом, ликвидируются отдельные естественные биогеоценозы, повсеместно создаются искусственные агробиогеоценозы, эксплуатируются полезные и уничтожаются вредные для человека виды растений и животных, возделываются культурные растения и одомашниваются животные. Значение антропических факторов, по мере того как человек все полнее завоевывает и подчиняет себе природу, постоянно возрастает.
При анализе экологических факторов следует учитывать их необходимость, изменчивость, а также приспособительные реакции организма. В связи с этим в самостоятельную группу часто выделяют гидроэдафические, или водно-почвенные, факторы. А. С. Мончадский подразделяет всю их совокупность на две основные группы – изменяющиеся закономерно и изменяющиеся без закономерной периодичности.
Однако такое разделение факторов на четыре группы довольно искусственно. Оно не вскрывает всей сущности взаимоотношений организма со средой.
Влияние на организм абиотических факторов. Абиотические факторы могут оказывать на организм прямое воздействие и косвенное (опосредованное). Например, температура среды, действуя непосредственно на организм животного или растения, определяет их тепловой баланс, течение физиологических процессов. Вместе с тем температура как абиотический фактор может оказывать и косвенное влияние. Так, обеспечивая те или иные условия для развития растений, являющихся кормом для животных фитофагов, она может повлиять на жизнедеятельность последних.
Эффект воздействия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура, яркий свет или темнота). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Однако для каждого организма, будь то растение, животное или микроорганизм, существует конкретное количество факторов, наиболее благоприятное для него. Уменьшение или увеличение этой дозы относительно пределов оптимального диапазона снижает жизнедеятельность организма, а при достижении максимума или минимума вообще исключается возможность существования его (рис.2).
Чем больше доза фактора отклоняется от оптимальной для данного вида величины (как в сторону повышения, так и понижения), тем сильнее угнетается его жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости.
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект, – пессимумом.
Экологическая пластичность организмов. Для каждого организма и в целом для вида есть свой оптимум условий. Как оказалось, он неодинаков не только для разных видов, находящихся в различных условиях, но и для отдельных стадий развития одного организма. Хорошо известны, например, оптимальные температуры цветения, плодоношения, прорастания, икрометания, размножения многих видов. В зависимости от того, какой уровень оптимума наиболее приемлем для видов, среди них различают тепло- и холодолюбивые, влаго- и сухолюбивые, приспособленные к высокой или низкой солености. Для каждого вида характерна и степень выносливости. Например, растения и животные умеренного пояса могут существовать в довольно широком температурном диапазоне, виды же тропического климата не выдерживают значительных колебаний ее.
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность.
Виды, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимальной величины, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора – широкоприспособленными. К первым относится большинство обитателей морей, нормальная жизнедеятельность которых сохраняется лишь при высокой концентрации солей в окружающей среде. Организмы пресных вод, наоборот, приспособлены к низкому содержанию солей в среде. Следовательно, и морские и пресноводные виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености. Однако трехиглой колюшке (Gasterosteus aculeatus), например, свойственна большая экологическая пластичность, поскольку она может жить как в пресных, так и в соленых водах.
Экологически непластичные, т. е. маловыносливые виды называются стенобионтными (stenos – узкий), более выносливые – эврибионтными (eyros – широкий). Стенобионтность и эврибионтность характеризуют различные типы пpиcпoсoблeния организмов к выживанию. Виды, длительное время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, в то время как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными (рис. 3). Отношение организмов к колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Так, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и т. д.
По отношению ко всем факторам среды (или во всяком случае ко многим) эврибионтных организмов очень мало. Чаще всего эври- или стенобионтность проявляется по отношению к одному фактору. Например, морские и пресноводные рыбы будут стеногалинными, в то время как упомянутая трехиглая колюшка – типичный эвригалинный представитель; растение, будучи эвритермным, может одновременно относиться к стеногигробионтам, т. е. быть менее стойким относительно колебаний влажности.
Эврибионтность обычно способствует широкому распространению видов. Как известно, многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Однако нередко благодаря высокой специализированности стенобионтам принадлежат обширные территории. Так, рыбоядная птица скопа (Pandion haliaetus), являясь типичным стенофагом, по отношению к другим факторам выступает как эврибионт. Она обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие расстояния и занимает значительный ареал.
Поскольку все факторы среды взаимосвязаны и среди них нет абсолютно безразличных для любого организма, каждая популяция и вид в целом реагируют на эти факторы, но воспринимают их по-разному. Такая избирателыюсть обусловливает и избирательное отношение организмов к заселению той или иной территории. Распространение организмов зависит от времени и места их происхождения, от факторов, к которым они исторически приспособились. В результате какой-то фактор, препятствующий распространению одних видов, может оказаться благоприятным для других. Так, для адаптированных к пресной воде растений и животных высокая концентрация солей морей и океанов является препятствием для заселения их и, наоборот, морские животные и растения не способны существовать в пресных водоемах.
Различные виды организмов предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, температуре, влажности, свету и т. д. Поэтому на разных почвах, в разных климатических поясах произрастают различные растения. В свою очередь в растительных ассоциациях формируются неодинаковые условия для животных. Исторически приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи друг с другом, животные, растения и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные биогеоценозы, в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.
Таким образом, к каждому из факторов среды особи и формирующиеся из них популяции приспосабливаются относительно независимым путем. При этом экологическая валентность их по отношению к разным факторам оказывается неодинаковой. Вот почему каждый вид обладает специфичным экологическим спектром, т. е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды.
Глава 4. СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Ограничивающий фактор. Все факторы в природе воздействуют на организм одновременно. Причем не в виде простой суммы, а как сложное взаимодействующее соотношение. Такая совокупность факторов называется их констелляцией. Поэтому оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то одному фактору зависят от других воздействий. Например, при оптимальной температуре возрастает выносливость к неблагоприятной влажности, недостатку питания. С другой стороны, обилие пищи увеличивает устойчивость организма к изменениям нескольких климатических факторов. Однако эта так называемая «компенсация» факторов ограничена, и ни один из них не может быть полностью заменен другим. Вот почему при изменении того или иного условия жизнедеятельность организма (способность к конкуренции с другими видами, размножение и т. д.) лимитируется тем фактором, который сильнее отклоняется от оптимальной для вида величины. Если в количественном выражении хотя бы один из факторов выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим.
Рассмотрим в качестве ограничивающего фактора температуру. Лось в Скандинавии встречается значительно севернее, чем в Сибири, хотя в последней средняя годовая температура выше. Причиной, препятствующей лосю расширить свой ареал на север в Сибири, оказываются низкие зимние температуры. Лимитирующим фактором распространения бука в Европе также является низкая температура января. Поэтому северные границы его ареала соответствуют январской изотерме -2°С. Рифообразующие кораллы обитают только в тропиках при температуре воды не ниже 20 °С.
Аналогичным фактором может быть и высокая температура. Так, южная граница ареала бабочки капустницы, широко распространенной в Европе и Северо-Западной Африке, находится в Палестине, поскольку летом там обычно слишком жарко.
При изменениях экологической обстановки нарушается и соотношение отдельных факторов. Вот почему в разных местностях факторы, ограничивающие развитие организмов, часто неодинаковы: на севере для определенных видов таковым может быть недостаток тепла, а на юге для тех же видов – недостаток влаги, пищи, высокая температура. Следует также отметить, что один и тот же фактор для одного организма некоторое время выступает как ограничивающий, а затем становится неограничивающим. Это зависит от стадии развития данного организма. Почти все животные и растения в период размножения более чувствительны к неблагоприятным условиям. Например, влияние климатических факторов при географическом расселении многих охотничье-промысловых птиц распространяется лишь на яйца и птенцов, но не на взрослых особей.
Экологические ряды и экологическая индивидуальность. Экологическим рядом называется совокупность растительных сообществ (фитоценозов), располагающихся соответственно нарастанию или убыванию какого-либо фактора (или группы факторов) среды. Например, на склоне наибольшая сухость почвы наблюдается в верхней части, а наименьшая – в нижней, поэтому здесь отмечаются различия в растительности, связанные с влажностью почвы. Одни виды произрастают только в верхней части склона, другие в средней, третьи в нижней. В результате четко выделяется экологический ряд видов растений либо по возрастанию либо по убыванию влажности почвы – сверху вниз от более к менее сухолюбивым и, наоборот, снизу вверх, от более к менее влаголюбивым. А экологический ряд древесных пород по возрастающей теневыносливости выглядит следующим образом: лиственница – береза – сосна – осина – ива – ольха серая – липа – дуб – ясень – клен – ольха черпая – ильм – граб – ель – бук – пихта.
Аналогичные экологические ряды составляются и по отношению растений к тепловому режиму, к степени засоленности почв, устойчивости к ветру и к другим факторам. Так, в поймах рек южной части Русской равнины в случае возвышения местности наблюдается смена растительности (от понижения на бугор) в такой последовательности: лугово-болотные, луговые, лугово-степные и степные растительные ассоциации. Это экологический ряд фитоценозов. Иногда в таком ряду выделяют до 10 и более ассоциаций. Границы их нередко очень трудно определить, поскольку сочетания экологических условий изменяются в пространстве постепенно и между ценозами образуется переходная, промежуточная, полоса, в которой совмещаются признаки соседствующих ассоциаций. Объясняется это экологической индивидуальностью каждого из видов, в связи с чем их ареалы в сообществе не совпадают. Иначе говоря, различные виды по-разному реагируют на одни и тс же факторы.
Вообще же экологическая индивидуальность особи - это совокупность специфических черт ее, заключающихся в своеобразном сочетании наследственных и приобретенных свойств. Она складывается в процессе развития организма (онтогенеза) и выражается в особенностях генотипа и фенотипа данной особи. В природе не существует одинаковых, тождественных, особей даже в очень однородной популяции. Кроме специфических признаков, каждая особь обладает и экологической индивидуальностью, проявляющейся в самых различных формах.
Среди большого количества особей, слагающих популяцию, всегда можно выделить индивидуумы наиболее или наименее экологически пластичные по отношению к тому или иному фактору. Одни очень чувствительны к понижению температуры, другие сравнительно выносливы к холоду, некоторые не выдерживают даже незначительной сухости, а есть и такие, которые выживают в засушливый период. Благодаря экологической индивидуальности в популяции обычно находятся самые жизнестойкие особи, переживающие весьма неблагоприятные условия, что обусловливает сохранение вида.
Правило предварения. В 1951 г. В. В. Алехин установил правило предварения для растений. Согласно этому правилу, северные влаголюбивые растения в пределах южных границ ареала располагаются на северных склонах и на дне балок, а южные по мере продвижения на север переходят на лучше прогреваемые южные склоны (рис. 4). Это особенно проявляется на южных и северных границах лесной зоны. По южным склонам из средней тайги глубоко в северную проникают ельники-черничники и ельники-кисличники. В Якутии на северных склонах растут холодовыносливые леса даурской лиственницы (Larix dahurica), а южные покрыты сосновыми лесами. На южных окраинах лесной зоны по северным склонам сохраняются леса, а на южных произрастает уже типичная степная растительность.
Естественно, что правило предварения носит относительный характер. Менее четко оно выражено в гористой местности, так как там отмечается более сложная совокупность экологических факторов. Тем не менее оно имеет большое значение при проведении геоботанических исследований, поскольку позволяет предсказывать состав растительности еще не обследованных мест и прежний ее облик там, где она уничтожена.
Принцип стадиальной верности. Под стацией обычно понимают место обитания вида. В связи с тем, что виды и слагающие их популяции избирательно относятся к факторам среды, они заселяют строго определенные стации с соответствующими экологическими условиями. Участок территории, занятый популяцией вида и характеризующийся определенными экологическими условиями, называется стацией. Понятие «стация» применяется только по отношению к виду.
Каждый вид имеет свой набор стаций. Между крайними показателями избирательности вида к местообитаниям существует много переходов. Азиатская саранча, например, живет только на болотистых стациях, а итальянская саранча (Calliptamus italicus) более пластична и заселяет целинные степные участки, залежные земли, пастбища. Шведская и гессенская мухи, пшеничный трипе приурочены к посевам хлебных или луговых злаков, в то время как капустная совка (Baraihra brassicae) встречается на полях не только капустных, но и свекловичных, гороховых, подсолнечниковых, клеверных и даже на плантациях табака. Набор стаций настолько характерен для каждого вида, что может служить не менее существенным отличительным признаком его, чем морфологические и другие особенности. Это имеет практическое значение при определении вредных и полезных видов.
Свойство видов избирательно заселять те или иные стации обозначается как принцип стациальной верности. Данный принцип является важной экологической закономерностью.
Правила смены местообитаний и ярусов. Принцип стадиальной верности применим лишь в условиях ограниченного пространства и времени. Закономерное изменение видами своих местообитаний в широком диапазоне пространства и времени является правилом смены местообитаний. Это правило было установлено и сформулировано Г. Я. Бей-Биенко (1966).
В свою очередь М. С. Гиляров вывел правило смены ярусов, показав, что в разных зонах одни и те же виды занимают неодинаковые ярусы. Это характерно для трансзональных видов, т. е. для видов, широко распространенных и встречающихся во многих природных зонах.
В пространстве правило смены местообитания выражается в зональной и вертикальной смене стаций и в зональной смене ярусов, а во времени – сезонной и годичной сменой стаций.
Зональная смена стаций – это закономерно направленное изменение местообитаний при переходе вида из одной природной зоны в другую. Обычно при продвижении на север виды избирают сухие, хорошо прогреваемые солнцем открытые стации с разреженным растительным покровом. Распространяясь к югу, эти же виды заселяют более увлажненные и тенистые места с густой растительностью. Например, перелетная саранча (Locusta migratoria) в Центральной Европе поселяется на песчаных местах, а в Средней Азии и Казахстане - на сырых болотистых с густым травостоем. На влажных лугах муравьи-лазии (Lasius niger, L. flavus) проявляют себя как гигрофобы и поселяются на кочках. В более сухих ареалах, в степи, эти же муравьи выступают как гигрофилы и выбирают более увлажненные стации. Как указывает Бей-Биенко, зональная смена стаций служит экологическим следствием закона географической зональности и объясняется изменением теплового режима. Внешне одинаковые стации на севере и на юге резко различаются именно по тепловому режиму, поэтому при продвижении с юга на север виды выбирают местообитания, приближающиеся по количеству тепла к южным.
Вертикальная смена стаций аналогична зональной, но она характерна для горных условий. Например, серый кузнечик (Decticus verrucivorus) в лесах Кавказа заселяет гигрофитные и мезофитные стации, а в альпийском поясе становится ксерофилом.
Зональная смена ярусов заключается в том, что многие виды при продвижении на север перемещаются из более высокого растительного яруса в более низкий, а некоторые в сравнительно сухих зонах из наземных становятся почвенными обитателями. Так, короед лесной садовник (Blastophagus piniperda) в центральных районах и на севере обитает под корой стволов и крупных ветвей сосны, а на юго-востоке европейской части СССР уходит в почву и поселяется на корнях. Личинки жука-оленя (Lucanus cervus) в лесной зоне развиваются в гниющих стволах и пнях, а в степной – в гнилых корнях на глубине до 100 см.
Бей-Биенко считает, что зональная смена стаций и ярусов и вертикальная смена стаций ставят вид в двойственные и противоречивые условия. С одной стороны, вид предъявляет к среде определенные требования, вытекающие из его наследственных физиологических свойств; с другой – при успешном расселении он вынужден занять новые стации или даже сменить ярус. В результате изменяется его экология, а вместе с тем и физиология. Следовательно, смена стаций становится одним из ведущих факторов эволюции.
Сезонная смена стаций происходит при колебаниях микроклимата в течение одного сезона. Наиболее четко это выражено в сухом и жарком климате и проявляется в переселении степных и пустынных видов в период засухи на посевы культурных растений, на луга, под полог леса, где сохраняются сравнительно высокая влажность и зеленый растительный покров. Такие миграции характерны для многих насекомых и грызунов.
Годичная смена стаций наблюдается при отклонении погодных условий от средней годовой нормы. Например, перелетная саранча в Южном Казахстане в сухие годы концентрируется на западинах с более влажной почвой и густым травяным покровом, а во влажные – заселяет возвышенные места.
Таким образом, смена местообитаний позволяет видам сохранять свой экологический стандарт в постоянно меняющихся условиях.
Принцип стадиальной верности и его противоположности – правила смены местообитаний и ярусов – свидетельствует о сложности взаимоотношений организмов со средой. Выяснение сущности этих взаимоотношений дает возможность более глубоко проникать в экологию того или иного вида и разрабатывать рациональные приемы по борьбе с вредными организмами и по охране и привлечению полезных.
Принципы экологической классификации организмов. Экологическая классификация организмов отличается от систематики тем, что в последней главным критерием служит филогенетическая близость организмов, т. е. систематика на всех ступенях таксономии базируется на едином критерии – филогенезе. В экологической классификации такого критерия нет, поэтому она имеет очень много схем.
Экологическая классификация организмов может быть проведена в соответствии с их положением в энергетической или пищевой цепи. По отношению к органическому веществу выделяются гетеротрофы и автотрофы, по функции в биогеоценозе – продуценты, консументы и редуценты (деструкторы).
В основу экологической классификации могут быть положены и места обитания.
Водные организмы при этом подразделяются на бентосные, планктонные и нектонные. Их можно классифицировать и по занимаемым зонам. При таком подходе важно выяснить положение организма во всех трех системах классификации, а также иметь в виду, что многие виды на разных стадиях развития ведут различный образ жизни (головастик и лягушка, личинка стрекозы и взрослое насекомое).
Особые затруднения вызывает классификация наземных животных, поскольку они представляют огромное разнообразие форм, что связано с особенностями мест обитания. Уже среди травоядных имеются и мелкие и очень крупные. Практически не поддается учету и экологической классификации обилие насекомых и других членистоногих, а также птиц. Еще сложнее классифицировать редуценты. Почвенные организмы обычно классифицируют по размерам, в связи с чем различаются микро-, мезо- и макробиота.
Наиболее распространена экологическая классификация организмов по жизненным формам, т. е. по типу внешней морфологии, отражающей важнейшие моменты образа жизни, отношение вида к среде. Жизненные формы определяют приспособленность организмов к комплексу факторов (в отличие от экологических групп, характеризующих приспособление к отдельным факторам), к специфике местообитания.
Очень многообразны жизненные формы у животных. Прежде всего это группы, обладающие похожими эколого-морфологическими приспособлениями для обитания в сходной среде. В данном случае термин «жизненные формы» заимствован из ботаники. Он утвердился в зоологии только в настоящем столетии, хотя животных издавна подразделяли на нырцов, норников, землероев и т. д.
Существует много различных трактовок жизненных форм животных. Это связано с тем, что за основу классификации в одних случаях берутся особенности размножения, в других – способы передвижения или добывания пищи. Нередко классификация базируется на приуроченности организмов к определенным экологическим нишам, ландшафту, ярусу. Тем не менее анализ жизненных форм дает возможность судить об особенностях среды обитания и путях выработки у животных адаптации к определенным условиям. Например, Д. Н. Кашкаров (1945) классифицирует жизненные формы животных следующим образом.
I. Плавающие формы:
1.Чисто водные: а) нектон, б) планктон, в) бентос;
2.Полуводные: а) ныряющие, б) неныряющие, в) добывающие из воды лишь пищу.
II. Роющие формы:
1. Абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей);
2. Относительные землерои (выходят на поверхность земли).
III. Наземные формы:
1. Не делающие нор: а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие;
2. Делающие норы: а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие;
3. Животные скал.
IV. Древесные, лазающие формы: а) не сходящие с деревьев, б) лишь лазающие по деревьям.
V. Воздушные формы: а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие ее с воздуха.
Как видно, в основу этой классификации положены приспособления для передвижения. По отношению к влажности воздуха Кашкаров выделяет влаголюбивые (гигрофильные) и сухолюбивые (ксерофильные) формы; по питанию – растительноядных, всеядных, хищных, могильщиков (трупоедов); по месту размножения – размножающихся под землей, на поверхности земли, в ярусе трав, в кустарниках, на деревьях.
Различные категории жизненных форм насекомых относительно среды обитания (геобионты, гидробионты и т. д.) предлагает В. В. Яхонтов. Зонально-ландшафтную категорию жизненных форм разработали орнитологи А. К. Рустамов, Г. П. Дементьев, С. М. Успенский.
Растения классифицируют на основании адаптации к окружающим условиям. Среди них выделяются гигрофиты, мезофиты, ксерофиты. Данная классификация базируется на физиологических свойствах растений, а членение растительности па деревья, кустарники, траву дает характеристику главных наземных сообществ. В связи с многообразием условий на Земле у растений выработалось огромное количество жизненных форм. Понятие о жизненных формах растений впервые ввел в 1806 г. Гумбольдт. Обычно выделяют древесные, полудревесные, наземные травянистые и водные травянистые растения. Каждая из этих форм может быть представлена более мелкими группами. Самое широкое распространение получила классификация жизненых форм растений, разработанная в 1905–1907 гг. датским ботаником С. Раункиером. За ее основу принято расположение почек возобновления и наличие приспособлений для переживания неблагоприятного времени года. На этой классификации базируется современная классификация, в которой различают 6 жизненных форм растений (рис. 5).
1. Эпифиты* – воздушные растения, не имеющие корней в почве. Поселяются они на стволах других более крупных растений. В лесах это наствольные лишайники, реже мхи. Из высших растений эпифиты многочисленны во влажных тропических лесах.
2. Фанерофиты – надземные растения (деревья, кустарники, лианы, стеблевые суккуленты, травянисто-стеблевые растения). Почки возобновления находятся у них на вертикально расположенных побегах высоко над землей.
3. Хамефиты – травянистые растения с почками возобновления, расположенными у земли. В умеренных широтах побеги этих растений на зиму уходят под снег и не отмирают.
4. Гемикриптофиты – дернообразующие растения, у которых почки возобновления находятся на уровне почвы или даже в ней. Надземные побеги к зиме отмирают. Это очень многие луговые растения.
5. Криптофиты, или геофиты,– многолетние травы с отмирающими надземными частями. Почки возобновления располагаются на подземных органах (клубневые или корневищные растения).
6. Терофиты – однолетние растения. К зиме отмирают и надземные и подземные части их. Неблагоприятный период (зиму) переживают на стадии семян.
В приведенном ряду жизненных форм отчетливо проявляется возрастающая адаптация к неблагоприятным условиям. Во влажных тропических лесах большинство видов принадлежит к фанерофитами эпифитам. В более северных районах преобладают растения с защищенными почками возобновления.
Существуют и другие схемы классификаций жизненных форм. Наибольшее признание получила классификация злаков по способу кущения, разработанная В. Р. Вильямсом. Г. Н. Высоцкий и Л. И. Казакевич в основу классификации жизненных форм положили характер подземных органов и способность растений к вегетативному размножению. В последнее время удачную классификацию покрытосеменных растений предложил И. Г. Серебряков, сосредоточив внимание на структуре и длительности жизни надземных скелетных осей. Он выделяет 4 отдела и 8 типов жизненных форм этих растений (схема 3). Каждый тип в свою очередь подразделяется на формы. К примеру, в I типе выделяются надземные кронообразующие деревья с прямостоячими стволами; кустовидные, одноствольные с низкими стволами; стланцы (с лежачими стволами).
Жизненные формы, доминирующие в том или ином сообществе, могут служить индикаторами условий обитания. Так, преобладание столонообразующих растений в широколиственных и темнохвойных лесах свидетельствует о малоплодородной, рыхлой и избыточно увлажненной почве. В жарком и засушливом климате преобладают животные, обитающие в глубоких норах, а на высокоплодородных и рыхлых почвах землерои создают большое количество ходов.
Глава 5. ВАЖНЕЙШИЕ АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И АДАПТАЦИИ К НИМ ОРГАНИЗМОВ
У каждого организма, популяции, вида существует среда обитания - та часть природы, которая окружает все живое и оказывает на него какое-либо воздействие, прямое или косвенное. Именно из нее организмы берут все необходимое, чтобы существовать, в нее же и выделяют продукты своей жизнедеятельности. Условия среды обитания у разных организмов не одинаковы. Как говорят, что хорошо одному, то другому - смерть. Она состоит из множества органических и неорганических элементов, оказывающих влияние на определенный вид.
Среда обитания и условия существования
Условия существования - те факторы среды обитания, которые являются жизненно необходимыми для определенного вида организмов. Тот минимум, без которого существование невозможно. К ним можно отнести, к примеру, воздух, влагу, почву, а также свет и тепло. Это первоочередные условия. В отличие от них, есть и другие факторы, которые не являются столь жизненно необходимыми. Например, ветер или атмосферное давление. Таким образом, среда обитания и условия существования организмов - понятия различные. Первое - более общее, второе - обозначает лишь те условия, без которых живой организм или растение не может существовать.
Экологические факторы
Это все те элементы среды обитания, которые способны оказывать влияние - прямое или косвенное - на Эти факторы вызывают адаптации организмов (или приспособительные реакции). Абиотические - это влияние неорганических элементов неживой природы (состав почвы, химические ее свойства, свет, температура, влажность). Биотические факторы - формы воздействия живых организмов друг на друга. Одни виды являются пищей для других, служат для опыления и расселения, оказывают другие воздействия. Антропогенные - деятельность человека, влияющая на живую природу. Выделение данной группы связывается с тем, что в наши дни судьба всей биосферы Земли практически находится в руках человека.
Большинство вышеперечисленных факторов - условия среды обитания. Одни находятся в процессе видоизменения, другие постоянны. Их изменение зависит от времени суток, например, от похолодания и потепления. Многие факторы (одни и те же условия среды обитания) играют первостепенную роль в жизни одних организмов, а у других - выполняют второстепенную. Например, почвенный солевой режим имеет большое значение в питании минералами растений, а у животных - не так важен для той же местности.
Экология
Так называют науку, изучающую условия среды обитания организмов и их взаимосвязь с ней. Впервые термин был определен немецким биологом Геккелем в 1866. Однако активно развиваться наука стала лишь к 30 годам прошлого века.
Биосфера и ноосфера
Совокупность всех живых организмов на Земле называют биосферой. В нее входит и человек. И не только входит, но и оказывает активное влияние на саму биосферу, особенно в последние годы. Так осуществляется переход к ноосфере (по терминологии Вернадского). Ноосфера предполагает не только грубое использование природных ресурсов и науки, но и общечеловеческое сотрудничество, направленное на охрану нашего общего дома - планеты Земля.
Условия водной среды обитания
Вода считается колыбелью жизни. Многие из существующих на земле животных имели предков, обитавших в этой среде. С образованием суши некоторые виды выходили из воды и становились вначале земноводными, а затем эволюционировали в сухопутные. Водой покрыта большая часть нашей планеты. Многие организмы, живущие в ней - гидрофилы, то есть не нуждаются в какой-либо адаптации к среде обитания.
Прежде всего, одно из важнейших условий - это химический состав водной среды. В различных водоемах он разный. Например, солевой режим мелких озер - 0,001% солей. В пресных больших водоемах - до 0,05%. Морских - 3,5%. В соленых континентальных озерах уровень соли достигает более 30%. С повышением солености фауна беднеет. Известны водоемы, где отсутствуют живые организмы.
Немаловажную роль в условиях среды играет такой фактор, как содержание сероводорода. Например, в (ниже 200 метров) вообще никто не живет, кроме сероводородных бактерий. И все из-за обилия содержания этого газа в среде.
Важны также и физические свойства воды: прозрачность, давление, скорость течений. Одни животные обитают только в прозрачной воде, другим подходит и мутная. Некоторые растения живут в стоячей воде, а другие предпочитают путешествовать с течением.
Для глубоководных обитателей отсутствие света и наличие давления - наиважнейшие условия существования.
Растения
Условия среды обитания растений также определяются многими факторами: наличием освещения, температурными колебаниями. Если растение водное - условиями водной среды. Из жизненно важных - наличие в почве питательных веществ, естественный полив и орошение (для культурных растений). Многие из растений привязаны к определенным климатическим поясам. В других местностях они не способны выживать, а тем более размножаться и давать потомство. Декоративные растения, привыкшие к «тепличным» условиям, требуют искусственно созданной среды обитания. В уличных условиях они уже не могут выжить.
На земле
Для многих растений и животных актуальна почвенная среда обитания. Условия среды зависят от некоторых факторов. К ним относятся климатические зоны, смена температурного режима, химический и физический состав почвы. На земле, как и на воде, для одних хорошо одно, для других - другое. Но в целом почвенная среда обитания дает приют многим видам растений и животных, обитающих на планете.
Основы общей экологии
Среда – всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д.
Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы необходимы организму, другие безразличны для него, третьи оказывают вредное воздействие.
Условия существования , или условия жизни – совокупность необходимых организму элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Элементы среды как необходимые организму, так и отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами .
Экологические факторы принято делить на три основные группы: абиотические, биотические и антропические.
Абиотические факторы – комплекс условий неорганической и органической среды, влияющих на организм. Абиотические факторы подразделяются на химические (химический состав воздуха, океана, почвы и др.) и физические (температура, давление, ветер, влажность, свет, радиационный режим и др.).
Антропические
факторы – совокупность воздействий деятельности человека на органический мир.
Размещено на реф.рф
Уже фактом своего существования человек оказывает влияние на среду (за счёт дыхания ежегодно в атмосферу поступает примерно 1,1·10 12 кг
СО
2 и др.) и неизмеримо большее производственной деятельностью во всё возрастающей степени.
Влияние на организм абиотических факторов должна быть прямым и косвенным (опосредованным). Так, к примеру, температура среды определяет скорость физиологических процессов в организме и, соответственно, его развитие (прямое влияние); в то же время, влияя на развитие растений, являющихся кормом для животных, она оказывает на последних косвенное воздействие.
Эффект действия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура, яркий свет или темнота и др.). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Причем, для каждого организма существует свой набор факторов, наиболее для него благоприятный.
Чем больше доза факторов отклоняется от оптимальной для данного вида величины (увеличение или уменьшение), тем сильнее угнетается его жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности ).
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для организма (его жизнедеятельности), принято называть оптимумом , а дающая наихудший эффект – пессимумом .
Организмы могут приспосабливаться во времени к изменению факторов. Свойство видов адаптироваться к изменению диапазонов экологических факторов принято называть экологической пластичностью (экологической валентностью ). Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его толерантности (выносливости).
Экологически непластичные (маловыносливые) виды называются стенобионтными (от греч. stenos – узкий), более пластичные (выносливые) – эврибионтными (от греч. eurys – широкий). Виды организмов, долгое время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и приобретают черты стенобионтности; виды, существовавшие в условиях значительного изменения факторов среды, становятся эврибионтными.
Отношение организмов к колебаниям того или иного фактора среды выражается прибавлением приставок стено - и эври - (стено- и эвритермные, стено- и эврифотные и т.п.).
Исторически приспосабливаясь к абиотическим фактором среды и вступая в биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные биогеоценозы , в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.
Биогеоценоз – территориально (пространственно) обособленная целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны друг с другом.
Все экологические факторы действуют на организм одновременно и во взаимодействии. Такая совокупность их принято называть констелляцией . По этой причине оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то одному фактору зависят от других. Причем, в случае если интенсивность хотя бы одного фактора выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Такой фактор принято называть ограничивающим . Особым случаем принципа ограничивающих факторов является правило минимума, сформулированное Либихом (немецкий химик) для характеристики урожайности сельскохозяйственных культур: вещество, находящееся в минимуме (в почве, в воздухе), управляет урожаем и определяет величину и устойчивость последнего.
Среда и условия существования организмов - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Среда и условия существования организмов" 2017, 2018.
