Экологические факторы

Экологические факторы  

  Общее представление о  среде обитания и  экологических факторах. Факторы–ресурсы. Элиминирующие  факторы.

  Абиотические  факторы: основные, дополнительные и катастрофические. Адаптации организмов; экологические группы организмов, выделяемые по отношению к отдельным абиотическим факторам: световому, температурному, водному, химическому, кислородному.

  Биотические факторы; взаимодействия трофические (прямые и косвенные), топические (прямые, форические и фабрические), информационно-сигнальные. Основные типы парных взаимодействий: комменсализм, хищничество, паразитизм,протокооперация, мутуализм, аменсализм, конкуренция, нейтрализм.

  Антропогенные факторы: прямые и  косвенные. Основные типы антропогенных  воздействий: точечные, линейные, воздействия на обширных территориях, глобальные.

  Экологический оптимум и экологический  пессимум. Понятие  об аутэкологическом исинэкологическом оптимуме. Закон экологического оптимума.

  Экологическая валентность. Примеры организмов, различающихся по экологической валентности: эврибионты (эвриионные, эвритермные, эвригалинные, эвриоксибионты) и стенобионты (стеноионные, ацидофильные, кальциефильные, стенотермные,криофильные, термофильные, стеногалинные, стенооксибионты). Экологический спектр.

  Биоритмы. Природа биоритмов (экзогенные и эндогенные). Факторы-сигналы. Циркадные и цирканные биоритмы. Фотопериодизм; фотопериодические реакции животных и растений. Термопериодизм.

  Совместное  действие экологических  факторов. Экологическая  ниша.  

  Все организмы  на Земле существуют в определенных условиях. Та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует, называется среда обитания. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организм, называются экологические факторы. Факторы, которые необходимы для существования определенного вида, называются факторами–ресурсами. Факторы, которые приводят к снижению численности вида (к его элиминации), называются элиминирующими факторами.

  Различают три основные группы экологических  факторов: абиотические, биотические и антропогенные.  

Абиотические  факторы  

  К абиотическим факторам относятся разнообразные  воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические  системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы:

  – световой режим (освещенность);

  – температурный режим (температура);

  – водный режим (влажность),

  – кислородный режим (содержание кислорода);

  – физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

  – химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

  Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ). 

  Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

  Иногда  действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

  По отношению  к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.  

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» – растение), -филы (от «филео» – люблю), -трофы (от «трофе» – пища), -фаги (от «фагос» – пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы – по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы – по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги – по отношению к животным, а также некоторым вирусам.   

  Рассмотрим  некоторые экологические группы организмов, различающихся по отношению  к разным абиотическим факторам.  

  Световой  режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:

     – гелиофиты – светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний). Характерные адаптации: укороченные междоузлия, сильное ветвление, листья мелкие или с рассеченной пластинкой, хорошо развиты покровные и механические ткани, часто развито опушение, часто имеется восковой налет, палисадная хлоренхима многослойная, хлоропластов много, но они мелкие.

     – сциофиты – тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов). Характерные адаптации: крупные тонкие листья, характерна листовая мозаика, палисадная хлоренхима однослойная, хлоропластов мало, но они крупные.

     – факультативные гелиофиты – теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично – признаками сциофитов.  

  Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения–пирофиты, которые способны переносить пожары).

  Животные  осуществляют регуляцию температуры  тела различными способами:

  – биохимическая регуляция – изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

  – физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи;

  – этологическая терморегуляция (поведенческие реакции).

  В зависимости  от климатических условий у близких  видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана – если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий – в теплом климате. Правило Аллена – если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.  

  Водный  режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся напойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

  – гидатофиты – растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;

  – гидрофиты – растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;

  – гигрофиты – требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания; теневые гигрофиты – растения нижних ярусов сырых лесов (недотрога, цирцея альпийская); световые гигрофиты – растения открытых переувлажненных местообитаний (росянка, подмаренник болотный);

  – мезофиты – требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;

  – ксерофиты – растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду; для ксерофитов характерны: хорошо развитая кутикула, восковой налет, сильное опушение; ксерофиты делятся на два типа – суккуленты исклерофиты;

  – суккуленты – растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая  сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых); различают стеблевые суккуленты (кактусы), листовые суккуленты (очитки, молодило), корневые суккуленты (кислица);

  – склерофиты – растения с развитой склеренхимой; сосущая сила корней составляет десятки атмосфер; различают эуксерофиты (розеточные побеги) и стипаксерофиты(ковыли, типчак).

  В ряде случаев  вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость  или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

  Животные  по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы,мезофилы и ксерофилы.

  Сокращение  потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот – сероза, амнион и аллантоис.  

  Химические  свойства среды.

  Кислородный режим. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся нааэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).

  Содержание  доступных элементов  минерального питания наиболее важно для растений. По отношению к валовому содержанию элементов минерального питания выделяют следующие экологические группы растений:

  – олиготрофные – нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;

  – эутрофные, или мегатрофные – требовательны к плодородию почв; среди эутрофныхрастений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;

  – мезотрофные – занимают промежуточное положение между олиготрофными имегатрофными растениями.

  Среди организмов, всасывающих готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди грибов), различают следующие  экологические группы:

  – Подстилочные сапротрофы – разлагают подстилку.

  – Гумусовые сапротрофы – разлагают гумус.

  – Ксилотрофы, или ксилофилы – развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).

  – Копротрофы, или копрофилы – развиваются на остатках экскрементов.

  Кислотность почвы (рН) также важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, илибазофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш).   

Биотические факторы

  К биотическим  факторам относятся разнообразные  способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

  Различают множество типов парных взаимодействий:

1. Трофические – связанные с питанием и потоками энергии:

– прямые: взаимодействия «хищник–жертва», «паразит–хозяин»;