Закон лимитирующих факторов (закон минимума ю. Либиха)

Закон лимитирующих факторов показывает, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т.е. жизненные возможности организмов лимитируют (ограничивают) те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму; дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или экосистемы. Такие факторы называются лимитирующими. Сформулированный закон применим и к растениям и к животным. В роли лимитирующих факторов нередко выступают и биотические факторы.

Американский ученый В. Шелфорд показал, что не только вещество, присутствующее в минимальном количестве, может определять урожай или жизнеспособность организма, но и избыток какого-то элемента может приводить к нежелательным отклонениям. Следовательно, лимитирующими называются факторы, присутствующие как в избытке, так и в недостатке (по отношению к оптимальным требованиям организма).

Ни один из факторов не действует в одиночку. Конечные состояния системы - это всегда результат многочисленных взаимодействий биотических и абиотических условий. Например, засуха может привести к гибели птиц, а это обусловит рост численности насекомых, которыми они питаются, что повлечет за собой массовое поражение растений, служащих пищей другим живым организмам. Существование систем поддерживается очень тонким взаимодействием лимитирующих факторов, влияющих на все виды организмов. Нельзя изменить какой-либо из этих факторов, не затронув в той или иной степени существования всех видов растений и животных.

Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающий его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид живого возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ней и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде. Резкое и быстрое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям. На этом, в частности, основана одна из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся с, резким изменением абиотических условий на планете: крупные; организмы менее изменчивы, чем мелкие, поэтому для адаптации им нужно гораздо больше времени. В связи с этим коренные преобразования природы опасны для ныне существующих видов, в том числе и для самого человека.

4.3 Адаптация живых организмов к экологическим факторам

Одной из характерных особенностей всех живых организмов является способность к адаптации к факторам окружающей среды. Адаптацией называют наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в различных экологических условиях.

Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор. Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействии.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Адаптации можно разделить на три типа: анатомо-морфологические, физиологические и этологические.

1 Анатомо-морфологические. Эта группа адаптаций связана с изменениями во внутреннем строении и внешнем облике организма, происходящие под действием экологических факторов. Этот тип адаптации у растений и животных приводит к образованию определенных жизненных форм. Примером морфологических адаптаций может быть строение организмов, обитающих в воде (в частности, приспособление к быстрому плаванию у китообразных, к парению в воде у планктонных организмов). Растения, обитающие в пустынях, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги. Ярусное расположение растений в лесных биоценозах служит приспособлением к режиму освещенности.

В этой группе адаптаций можно выделить несколько правил.

Правило Бергмана. В пределах одного или близкородственных видов организмы более крупные встречаются севернее. Это правило связано с процессом теплообмена между организмом и окружающей средой. Чем крупнее организм тем меньше соотношение площади поверхности тела и объема, тем менее интенсивно происходит теплообмен и тем легче организму поддерживать постоянную температуру тела в холодном климате. Примером выполнения этого правила может служить сравнение особей двух близкородственных видов - белого и бурого медведя. Белый медведь, ареал которого расположен севернее ареала бурого медведя, более крупный зверь.

Правило Алена. В пределах одного или близкородственных видов придатки тела длиннее у особей, живущих южней. Это правило тоже связано с процессом теплообмена между организмом и окружающей средой. Чем длиннее конечности, тем легче происходит теплообмен с окружающей средой. Поэтому, у особей одного биологического вида, обитающих севернее конечности как правило короче. Это позволяет легче сохранять тепло в организме.

2. Физиологические адаптации связаны с изменением некоторых функций организма под воздействием экологических факторов. Сюда относятся зимний анабиоз некоторых млекопитающих, способность верблюдов быстро связывать в своем теле большое количество воды, особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи).

3. Этологические адаптации — изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации характерны для животных. Чрезвычайно разнообразны поведенческие реакции млекопитающих и птиц в брачный период.