4.Классификация экологических факторов.

5.Уровни действия экологических факторов: витальный и сигнальный. 6.Взаимодействие экологических факторов.

7.Лимитирующие факторы, определение и классификация, закон ю. Либиха, закон толе­рантности в. Шелфорда. Правила 10% Линдемана. 8.Правило замещения экологических условий.

13

Закон толерантности (оптимума) Шелфорда, 1913. Закон экологического оптимума В.Шелфорда гласит: отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода). Слишком много хорошего -тоже плохо. Живым организмам свойственна толерантность - способность выносить отклонения факторов среды от оптимальных для них значений. Диа-пазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды (рис.2.2). Диапазон между экологическим минимумом и максимумом фактора составляет предел толерант-ности (лат. «терпение»).

Закон толерантности впоследствии был дополнен Ю.Одумом (1975) следующими положениями:

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого.

Организмы с широким диапазоном толерантности обозначаются приставкой «эври-», а с узким диапазоном толерантности - приставкой «стено-».

от Р z m

2i Ф О)

о о о

о р о

А
—	У Зона	Оптимальн.	Зона \
—	угнетения	условия	угнетения
Зона - гибели	Стресс		Стресс	Зона гибели ►

минимум 10 20 30 максимум

Температура, °С (сила воздействия факторов) Рис.2.2. Амплитуда экологических факторов для живого организма

Эврибионт - организм, способный жить в различных, порой резко отличающихся друг от друга условиях среды. Например, волк живет во всех географических зонах. Стенобионт -организм, требующий строго определенных условий среды. Например, форель не может переносить большие колебания температур.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены.

3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для ви-да, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов и т.д.

4. В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному значению того или иного фактора, определенному в лаборатории.

5. Период размножения обычно является критическим; в этот период мно­гие факторы среды часто оказываются лимитирующимися.

На рис.2.2 кривая, характеризующая скорость того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды имеет форму колокола, почти всегда. Такая кривая и аналогичные ей называются кривыми толерантности. Положение вершин кривых указывает на оптимальные условия для данного процесса.

Для некоторых особей и видов характерны кривые с очень острыми пиками. Это означает, что диапазон условий, при которых скорость процесса дости-гает максимума, очень узок. Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, или устойчивости.

Для человека наиболее благоприятные условия обитания при температуре воздуха 18 - 20 "С, относительной влажности 40 - 60 %.

Адаптация к природным явлениям. Толерантность может измениться (соответственно, и положение кривой), если организм попадает в иные внешние условия. Попадая в такие условия, он через некоторое время как бы привыкает, адаптируется к ним (от лат. адаптацио -приспособлять). Следствием этого является изменение положений физи-ологического оптимума, что изображается на графике как сдвиг купола кривой толерантности.

Адаптации многомерны, так как организм должен одновременно соответствовать многим различным факторам окружающей среды. Можно выделить адаптации морфологические (например, отсутствие листьев у кактуса), физиологические (особенности теплообмена организма со средой), биохимические (фотосинтез при определенном составе атмосферы), поведенческие (сезонные миграции).

Организмы адаптировались к суточной, сезонной, приливно-отливной рит-микам, ритмам солнечной активности, лунным фазам и другим строго перио-дичным явлениям. Так, сезоннную адаптацию различают как сезонность в при-роде и состояние зимнего покоя.

Сезонность в природе. Ведущим значением для растений и животных при приспособлении организмов является годовой ход температуры. Период, бла-гоприятный для жизни, в среднем для нашей страны, продолжается около шес-ти месяцев (весна, лето). Еще до прихода устойчивых морозов в природе насту-пает период зимнего покоя.

Состояние зимнего покоя. Зимний покой не просто остановка развития в результате низких температур, а сложное физиологическое приспособление, причем наступающего лишь на определенной стадии развития. Например, ма-лярийный комар и бабочка-крапивница зимуют в стадии взрослого насекомого, бабочка-капустница - в стадии куколки, непарный шелкопряд - в стадии яйца.

Биоритмы. У каждого вида (см. 4.2) в процессе эволюции выработался характерный годичный цикл интенсивного роста и развития, размножения, подготовки к зиме и зимовки. Это явление получило название биологического ритма. Совпадение каждого периода жизненного цикла с соответствующим временем года имеет решающее значение для существования вида.

Главным фактором регуляции сезонных циклов у большинства растений и животных является изменение продолжительности дня.

Фотопериодизм. Фотопериодизм - потребность организмов в определенной продолжи­тельности дня и ночи - также влияет на рост и развитие живого организма.

Суточные (циркадные) ритмы связаны с активностью животных и растений в течение суток и, как правило, зависят от температуры и интенсивности света. Например, летучие мыши летают в сумерки и отдыхают днем, многие планктонные организмы ночью держатся у поверхности воды, а днем спуска-ются в глубину.

С влиянием света - фотопериодом - связаны сезонные биологические ритмы. Реакция организмов на продолжительность дня получила название фо-топериодизма. Фотопериодизм - это общее важное приспособление, регулиру-ющее сезонные явления у самых разных организмов. Изучение фотопериодиз-ма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длитель-ности. Реакция организмов (от одноклеточных до человека) на продолжитель-ность дня и ночи показывает, что они способны измерять время, т.е. обладают какими-то "биологическими часами ". "Биологические часы", кроме сезонных циклов, управляют многими другими биологическими явлениями, определяют правильный суточный ритм как активности целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности, клеточных делений.

Универсальным свойством всего живого, от вирусов и микроорганизмов до высших растений и животных, является способность давать мутации - внезапные, естественные и вызываемые искусственно, наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Мутационная изменчивость не отвечает условиям окружающей среды и, как правило, нарушает существующие адаптации.

Впадают в диапаузу (продолжительная остановка в развитии) многие насекомые на определенной стадии развития, которую не надо путать с состояни-ем покоя в неблагоприятных условиях. На размножение многих морских жи-вотных влияют лунные ритмы. Обобщающая концепция лимитирующих факторов Одума К закону минимума Либиха Ю.Одум добавляет два вспомогательных принципа:

- ограничительный (может применяться лишь в условиях стационарного

15

состояния, т.е. когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы);

- взаимодействия различных факторов 161.

Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени; значит, концентрация цинка в почве с меньшей вероятностью может быть лимитирующей для растений в тени, чем на свету.

Способность человека мыслить и изготавливать орудия труда позволили ему временно преодолеть действие обычных лимитирующих факторов:

- пища, вода, хищники и паразиты, подходящее место обитания, конку­ренция с другими видами в результате производства в изобилии продовольствия;

- создание водохранилищ и подвода воды в населенные пункты;

- создание средств борьбы с хищниками и многими болезнетворными организмами;

• строительство жилищ;

• победа в конкурентной борьбе с другими видами.

Избавление от природных лимитирующих факторов позволило человеческой экосистеме вырасти и распространиться по всему свету. Процесс этот идет и сейчас. Мы продолжаем вырубать, распахивать естественные экосистемы, чтобы занять все большее пространство.

Однако мы забываем, что если даже единственный фактор не соответству-ет зоне оптимума, то это уже приводит к стрессу и угрозе для живого организ-ма. Кроме того, изменение любого биотического или абиотического фактора вызывает цепную реакцию с далеко идущими последствиями.

Сейчас человеческая экосистема находится в состоянии быстрого роста. Тем не менее мы не можем ни изменить закона лимитирующих факторов, ни избежать их воздействия. Люди достигли выдающихся успехов в создании и расширении пищевых цепей, позволивших им процветать в течение относительно короткого периода времени. Однако условие долговременной устойчивости существования экосистем при этом явно недоучитывалось. Современные экологические проблемы обусловлены именно недостаточным вниманием основным принципам функционирования экосистем.

Семинарское занятие 2. Тема: Основные среды жизни и их характеристики. Закономерности взаимодействия организмов и среды. Экология особи -1 час

Вопросы для беседы и контроля:

1 .Уровни организации живых систем.

2.Организм и условия его обитания.

3.Концепция «среды» и ее связь с организмами. Определение, классификация.

4.Понятие «экологический фактор». Принцип действия экологического фактора.

5.Реакция организма на действие экологических факторов в пространстве и во времени.

6.Классификация экологических факторов. Уровни действия экологических факторов: витальный

и сигнальный.

7.Взаимодействие экологических факторов.

8.Лимитирующие факторы, определение и классификация, закон Ю. Либиха, закон толерантности В. Шелфорда. Правила 10% Линдемана. Примеры.

9.Правило замещения экологических условий. Диапазон толерантности. Ю.Стенобионтные и эврибионтные организмы.

11.Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов. 12.Экологическая емкость среды.

13.Живые существа в разных средах: водной, наземно-воздушной, почвенной, в живом организме иного вида.

14.Классификация живых существ: экогруппы, жизненные формы, таксономия. 15.Среды жизни организмов и их основные характеристики

16.Виды адаптации: анатомо-морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие. 17.Стресс реакции как форма реакции на окружающую среду. Адаптивные ритмы. 18.Влияние живого организма на, среду: почвообразование, самоочищение, горообразование, формирование микроклимата.

19 .Чем определяется ареал обитания организмов

Экологический словарь: Уровни организации живых систем, функциональные системы, среда обитания, окружающая среда, экологические факторы (абиотические, биотические, антропогенные), адаптация, экологическая пластичность, закон ограничивающих факторов, закон толерантности, закон оптимума, закономерности взаимоотношения живых организмов и окружающей среды ( функциональные системы, среда обитания, адаптация, экологическая пластичность, закон ограничивающего фактора, закон толерантности, закон оптимума), охарактеризуйте каждую закономерность, специфика действия абиотических факторов ( на примере света и температуры воды, почвы, рельефа), специфика действия антропогенных факторов на окружающую среду.

При подготовке темы данного семинара студентам необходимо обратить внимание, что все организмы обитают в тех условиях, к которым у них есть приспособления (адаптация). Именно это условие позволяет организмам переносить в пределах толерантности экстремальные факторы. Если все основные факторы благоприятны, но один из них выходит за пределы толерантности (терпимости), то данный организм в этих условиях существовать не сможет. Этим и определяется ареал обитания живых организмов.

Форма проведения занятия: Тестовый и устный опрос. Рекомендуемая литература:

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., «ФАИР-ПРЕСС»,2003. Тема2: Взаимодействия организмов и среды.

СРС- 3 часа и СРСП - 1час, Срок выдачи - 1 неделя, Срок сдачи - 3 неделя

2.1.Уровни организации живых систем. Организм и условия его обитания. Концепция «среды» и ее связь с организмами. Определение, классификация - 1 час СРС.

2.2.Понятие «экологический фактор», принцип действия, реакция организма на действие в пространстве и во времени, классификация, уровни действия: витальный и сигнальный. Взаимодействие экологических факторов- 1 час СРС.

2.3.Лимитирующие факторы, определение и классификация, закон Ю. Либиха, закон толе­рантности В. Шелфорда. Правила 10% Линдемана- 1 час СРС.

2.4.Правило замещения экологических условий. Диапазон толерантности. Стенобионтные и эврибионтные организмы. Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов. Экологическая емкость среды- 1 час СРСП.

Литература:

1.Вронский В.А. Прикладная экология: Учеб.пособие. Ростов н/Д.: Феникс, 1996. 512 с. 2.Воронков Н.А. Основы общей экологии: Учеб.пособие. М.: Агар, 1997. 87 с. З.Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб.пособие М., 1998. 320 с. 4.Реймерс Н.Ф. Экология: Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Молодая гвардия, 1994. 367 с.

5. Киселев В.Н. Основы экологии: Учеб.пособие. Минск.: Ушверспэцкае, 1998. 367 с. б.Верзилин Н.Н., Верзилин Н.Н., Верзилин Н.М. Биосфера, ее настоящее, прошлое и будущее. М.: Просвещение, 1976, с.58 - 80.

7.Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание: Концептуальная экология. М., 1992. 368 с.

8. Экологическое состояние окружающей природной среды Республики Казахстан и меры по ее

улучшению. Государственный доклад. Алматы, 1996. 129 с.

9Тлеубергенов СТ. Полигоны Казахстана. Алматы: Гылым, 1997. 82 с.

10.Экология: задания, тесты. М.: Школа-пресс, 1996. 176 с.

11.Экология. В.И.Коробкин, Л.В. Передельский., Ростов-на-Дону 2006г.

12.Экология. И.А.Шамилева., Москва, 2004г.

13. Основы экологии и охрана окружающей среды. А.Г. Банников, А.А.Вакулин, А.К.Рустамов. Москва, 1999г.

14.Экологические основы природопользования. С.И.Колесников. Москва, 2005г.

0