Тема 2. Экологические факторы и их классификация. Действие экологических факторов на организм. Типы взаимодействий между живыми организмами (видами, популяциями)

Под экологическими факторами следует понимать элементы среды, которые влияют на существование и развитие организмов и на них живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает гибель).

Экология особей (вида) - аутэкология - изучает совокупность экологических факторов, действующих на вид (биологический) и соответствующие реакции вида на это действие.

Экологические факторы по характеру происхождения:

- абиотические факторы (факторы неживой природы): климатические (тепло, свет, влага, давление, радиоактивность воздуха), эдафические (грунтовые воды, кислотность, ядовитые вещества, механические свойства почвы, лесная подстилка), орографические (рельеф, наклон склона, экспозиция, высота над уровнем моря), геологические (землетрясения, извержения вулканов и пр.);

- биотические факторы (факторы живой природы, связанные с воздействием одних организмов на другие, включая все взаимоотношения между ними);

- антропогенные факторы: строительство городов, дорог, каналов, туннелей, добыча полезных ископаемых, развитие промышленности и транспорта, рекреационные, пожары; уплотнение и повреждение почвы, уничтожение животных, растений, лесопользование, чрезмерный вылов рыбы в водоемах.

Экологические факторы по характеру действия:

- стабильные факторы - те, которые не меняются в течение длительного времени (земное притяжение, солнечная постоянная, состав атмосферы и т.д.);

- переменные факторы - закономерно переменные и случайно переменные. Закономерно переменные - периодичность суточных и сезонных изменений, что обусловливает определенную цикличность в жизни организмов (миграции, спячка, суточная активность и др.). Случайно переменные факторы объединяют биотические и абиотические и антропогенные факторы, действие которых повторяется без определенной периодичности (колебания температуры, дождь, ветер, град, эпидемии, влияние хищников и др.).

Считают, что общее число экологических факторов составляет около 60-ти; существует и специальная классификация:

1) факторы времени (эволюционные, исторические, действующие);

2) факторы периодичности (периодические и непериодические);

3) факторы первичные и вторичные;

4) факторы по происхождению (космические, абиотические, биотические, природно-антропогенные, техногенные, антропогенные);

5) факторы по среде возникновения (атмосферные, водные, геоморфологические, физиологические, генетические, экосистемные);

6) факторы по характеру (информационные, физические, химические, энергетические, биогенные, комплексные, климатические);

7) факторы за объектом воздействия (индивидуальные, групповые, видовые, социальные);

8) факторы по степени влияния (летальные, экстремальные, ограничивающие, которые беспокоят, мутагенные, тератогенные);

9) факторы по условиям действия (зависимые или независимые от плотности);

10) факторы по спектру воздействия (выборочные или общего действия).

В природе все экологические факторы действуют комплексно, одновременно и совокупно.

Среда влияет на организм через абиотические факторы температуры, влажности, света, давления, химических характеристик субстрата и т.д., а организм на среду влияет, главным образом, изменением химизма субстрата, истощением трофических и энергетических ресурсов и изменения микроклиматических условий. Влияние среды на отдельный организм, при посредничестве биотических факторов, что проявляется в доступности трофического ресурса (например, еду может съесть другое животное), возможности размножения (например, встреча с особью противоположного пола, наличие свободной территории для размножения и выведения потомства и т.п.), угроза хищника (например, особь может съесть хищник) и т. д.

Экологические факторы влияют на поведение животного, его активность, обменные процессы в его организме, развитие и морфогенез. Любой фактор имеет или непосредственное влияние, или сигнальное (косвенное) влияние на организм. В первом случае фактор влияет механически (например, гравитация, электрическое и магнитное поля, ветер и т.п.) или физиологически - изменением обменных процессов (например, изменение температуры среды приводит к ускорению или замедлению метаболизма) и изменением внутренней среды (например, обезвоживание). Во втором случае изменение любого фактора может быть очень незначительным и не имеет какого-либо ощутимого влияния на организм, однако, это незначительное изменение служит сигналом организма для начала внутренних перестроек к возможным изменениям в среде (например, изменение длины светового дня является сигналом к началу миграций у перелетных птиц).

Одни и те же факторы неодинаково влияют на организм различных видов, которые живут вместе и даже на совокупности организмов одного и того же вида.

Важной характеристикой вида организмов является его выносливость к тому или иному фактору. На жизнедеятельности организма отрицательно сказывается как недостаточное, так и избыточное действие любого фактора. Сила фактора, который способствует жизнедеятельности организма, называется зоной оптимума, а предел выносливости организма лежит между верхним и нижним пределами величины фактора, когда организмам грозит гибель. Зоны угнетенного состояния называют зонами пессимума. Величина диапазона зон оптимума и пессимума является критерием для определения выносливости и пластичности организма относительно данного экологического фактора, т.е. экологической валентности.

Экологическая валентность - это степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды. Количественно экологическая валентность выражается диапазоном среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность.

Организмы по отношению к характеру влияния экологических факторов называют стенобионтами и эврибионтами.

Стенобионты - организмы, которые могут жить лишь в определенных условиях среды при очень незначительном колебании его факторов.

Эврибионты - организмы, которые могут жить в различных условиях окружающей среды.

Каждый экологический фактор может действовать на организм с разной интенсивностью. Нормальная жизнедеятельность организмов возможна только при условии жизненного оптимума экологического фактора для конкретного вида, то есть благоприятного воздействия фактора, который обеспечивает оптимальные условия для жизнедеятельности особей данного вида. Чем больше отклонение экологического фактора от оптимальной величины, тем сильнее угнетается жизнедеятельность организмов.

Минимальные и максимальные значения экологического фактора являются критическими - за их пределами жизнь невозможна. Пределы интенсивности действия фактора, по которым существование организмов становится невозможным, называют верхним и нижним пределом выносливости. Факторы, которые выходят за пределы выносливости, называются лимитирующими или ограничивающими. Они определяют территорию расселения вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг - дефицитом влаги. Оптимум и пределы выносливости организма в отношении определенного фактора зависят от интенсивности действия других (явление взаимодействия экологических факторов).

Так, при оптимальной влажности повышается выносливость против неблагоприятной температуры и недостатка пищи. С другой стороны, достаточное количество пищи увеличивает устойчивость организма против неблагоприятных климатических условий. Однако такая взаимная компенсация всегда ограничена, и ни один из необходимых для жизни факторов не может измениться другим. Способность организма выдерживать определенную амплитуду колебания фактора называют иногда еще экологической валентностью. Для жизни организмов большое значение имеет не только абсолютная величина фактора, но и скорость его изменения.

Для нормального существования организма необходим определенный набор факторов. Если хоть один из жизненно необходимых факторов отсутствует или действие его недостаточно, организм не может нормально существовать, развиваться и давать потомство, например, растения не могут расти при достаточной освещенности и наличия углекислого газа, если им не будет хватать влаги.

Факторы окружающей среды обеспечивают существование в пространстве и времени. Усвоение и использование факторов осуществляется организмом из-за адаптации.

Адаптация - это приспособление или средства, с помощью которых организм осуществляет взаимодействие со средой для поддержания гомеостаза и обеспечивает непрерывность существования во времени через потомство.

В зависимости от количества и силы действия один и тот же фактор может иметь противоположное значение для организма. Например, повышение или понижение температуры за пределы приспособляемости организма приводит к его гибели. Адаптивные возможности различных организмов рассчитаны на разное значение фактора. Так, большинство пресноводных рыб погибает, попав в морскую воду, а морские рыбы погибают при снижении солености воды.

Адаптации могут быть морфологическими, которые выражены в приспособлении строения (формы) организмов к факторам среды, физиологическими - приспособление пищеварительного тракта в состав пищи и экологическими - приспособление поведения животных к температурным условиям, влажности.

Кратко рассмотрим группы факторов, объединенных характером происхождения.

Среди абиотических факторов особо выделяется группа климатических факторов. Несмотря на то, что все абиотические факторы влияют на живые существа комплексно, действие каждого из них неравноценно. Температура - один из важнейших факторов, от которого зависит нормальное течение всех жизненных процессов в организме. Адаптации животных к температуре привели к появлению холоднокровных и теплокровных животных, которые приобрели способность регулировать температуру своего тела. Свет - источник энергии для фотосинтеза, без которого невозможна жизнь на Земле. Вода необходима для жизни и, может быть важным лимитирующим фактором.

Действие многих абиотических факторов, включая рельеф, ветер, тип почвы и т. д проявляется косвенно - через температуру и влажность. Вследствие этого на небольшом участке земной поверхности климатические условия могут существенно отличаться от средних для данного региона в целом. Температура и количество осадков определяют расположение на земной поверхности основных природных зон.

Разнообразие природных комплексов часто определяется особенностями почв, от которых зависит поступление влаги. Один и тот же фактор в разных организмах может играть разную роль, например, свет. Для растений, наземных животных свет является основным фактором, необходимым для существования, для почвенных организмов, жителей пещер этот фактор не имеет значения.

Экологические факторы действуют на организм различными путями. В простейшем случае имеет место прямое влияние (солнечный луч нагревает тело ящерицы). Очень часто экологические факторы влияют на организм косвенно, через множество промежуточных звеньев. Например, сочетание высокой температуры воздуха с низкой влажностью и отсутствием дождей приводит к засухе - растительность выгорает, травоядные мигрируют или погибают.

Радиационный режим обусловливается ионизирующим излучением. Ионизирующее излучение - это излучение с высокой энергией, которая обуславливает превращение атомов в ионы. Биологическое действие излучения заключается в повреждении возбужденных молекул (в том числе ДНК), гибели клеток, возникновении мутаций. Источником ионизирующего излучения являются радиоактивные вещества и космические лучи. Доза облучения (1 рад) - это такая доза облучения, когда 1 г ткани поглощает 100 эрг энергии. Единица дозы облучения человека - 1 бэр (биологический эквивалент Рентгена); 1 бэр равен 0,01 Дж/кг. В течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр, а за всю жизнь (70 лет) 7 бэр.

Биотические факторы представляют собой формы влияния живых организмов друг на друга. Основной формой такого воздействия в большинстве случаев являются пищевые связи, на базе которых формируются сложные цепи питания. В растительных и животных группировках организмов возникают пространственные связи. Все это обусловливает формирование биотических связей. Между организмами возникают различные формы биотических отношений, которые могут быть самыми разнообразными.

Различают следующие типы биотических связей:

- конкуренция - борьба между представителями разных видов за воду, свет, жизненное пространство;

- мутуализм - представители двух видов организмов своей жизнедеятельностью способствуют друг другу (насекомые и цветы);

- коменсализм - когда от сосуществования представителей двух видов выигрывает один вид, не причиняя вреда другому (акула и рыба-прилипала);

- паразитизм - одни существа питаются за счет потребления живой ткани хозяев (клещи, вши, глисты);

- хищничество - одни организмы убивают других и питаются ими;

- аменсализм - форма биотических взаимоотношений, при которых происходит торможение роста одного вида продуктами выделения другого. Наиболее известными формами аменсализма являются антибиоз - прямая конкуренция, аллелопатия - выделение ядовитых веществ в борьбе с конкурентами за ресурсы.

Антропогенные факторы оказывают прямое или косвенное влияние. Прямое воздействие направлено непосредственно на живые организмы (искусственное разведение рыб, птиц, охрана растений и животных). Косвенное воздействие осуществляется путем изменений климата, физического состояния и химизма атмосферы, водоемов, поверхности земли.