Организм и среда

Вариант 5. Организм и среда

 

 

Экологические факторы - отдельные элементы среды, взаимодействующие  с организмами.

Различают абиотические, биотические факторы и антропогенный  фактор.

	Абиотические  факторы: свет, температура, влажность  и другие компоненты климата, состав воздуха, почвы и пр., т.е. элементы неживой природы.
	Биотические факторы: живые тела, или организмы, всевозможные взаимодействия между ними.
	Антропогенные факторы: вырубка леса, осушение болот, возведение плотины, выброс в атмосферу различных  химических вредные вещества  и  пр. (т.е. деятельность человека).

Разные экологические  факторы действуют на организмы  определенными путями. Соответственно организмы имеют морфологические  физиологические, поведенческие приспособления к ним.

Экологические факторы  бывают разной интенсивности (в недостатке, в норме, или в избытке). Температура  среды, например, бывает высокой, средней  или низкой. Интенсивность фактора, при действии которого организм испытывает наиболее благоприятные воздействие на жизнедеятельность, называют оптимумом.

Отклонением от оптимума. как в сторону понижения, так и в сторону повышения интенсивности фактора вызывают угнетенное состояние организма (бывают верхние и нижние границы выносливости по каждому фактору).

Оптимум неодинаков для разных видов живых организмов (холодостойких и теплолюбивых, влагостойких и сухолюбивых, теневыносливых и  светолюбивых и пр.).

На организм одновременно действуют не один, а несколько  факторов (их комплекс).

При оптимальной  температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности  или недостатку пищи; обилие пищи увеличивает  устойчивость к понижению температуры. Однако ни один из необходимых факторов он может быть заменен другим.

Если какой-либо фактор выходит за пределы выносливости организма, то существование этого  организма становится невозможным  даже при других благоприятных условиях. Факторы, выходящие за пределы максимума  или минимума выносливости, называются ограничивающими факторами.

 

 

 

 

                 Особенности адаптации организмов к факторам среды.

Животные и  растения вынуждены приспосабливаться  к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни. Динамичность экологических факторов во времени  и пространстве зависит от астрономических, гелиоклиматических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам.

Признаки, способствующие выживанию организма, постепенно усиливаются под действием естественного отбора, пока не будет достигнута максимальная приспособленность к существующим условиям. Приспособление может происходить на уровне клетки, тканей и даже целого организма, затрагивая форму, размеры, соотношение органов и т. п. Организмы в процессе эволюции и естественного отбора вырабатывают наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в изменившихся экологических условиях, т. е. происходит адаптация.

Адаптация имеет  следующие особенности:

Приспособленность к одному фактору среды, например повышенной влажности, не дает организму  такой же приспособленности к другим условиям среды (температуре и т. п.). Эта закономерность называется законом относительной независимости адаптации: высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни.

Каждый вид  организмов в вечно меняющейся среде  жизни по-своему адаптирован. Это  выражается сформулированным Л. Г. Раменским  в 1924 г. правилом экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации; двух идентичных видов не существует.

Правило соответствия условий среды обитания генетической предопределенности организма гласит: вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям.

 

Экологические группы организмов.

Экологическая группа — совокупность видов, характеризующаяся сходными потребностями в величине какого-либо экологического фактора и возникшими в результате его воздействия в процессе эволюции сходными анатомо-морфологическими и иными признаками, закрепившимися в генотипе.

 Экологические  группы выделяются по отношению  организмов к одному фактору  среды (влага, температура, свет, химические свойства среды обитания  и т. п.), однако границы между ними условны, и имеет место плавный переход от одной экогруппы к другой, что обусловлено экологической индивидуальностью каждого вида.

Экологические факторы  среды воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов (констелляция) в той или иной мере взаимоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Хорошо изучено влияние влажности воздуха на восприятие животными температуры. С повышением влажности уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность (лучшие теплоизоляционные свойства). Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе у человека.

В комплексном  действии экологических факторов среды  значение отдельных экологических  факторов неравноценно. Среди них  выделяют ведущие (которые необходимы для жизнедеятельности) и второстепенные факторы (существующие или фоновые  факторы). Обычно у разных организмов различные ведущие факторы, даже если организмы живут в одном месте. Кроме того, смену ведущих факторов наблюдают при переходе организма в другой период своей жизни. Так, в период цветения ведущим фактором для растения может быть свет, а в период формирования семян — влага и питательные вещества. Иногда недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Например, в Арктике продолжительный световой день компенсирует недостаток тепла

 

 

          

 Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности. 

В процессе эволюции у организмов сформировались определенные требования к условиям среды. Дозы факторов, при которых организм достигает наилучшего развития и максимальной продуктивности, соответствует оптимуму условий. С изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличения происходит угнетение организма и чем сильнее отклонение значения факторов от оптимума, тем снижение жизнеспособности больше, вплоть до его гибели. Условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетена, но организм еще существует, называются пессимальными. Тот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату — замедлению роста и развития, обнаружен и изучен немецким химиком Юстасом фон Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: наибольшее влияние на выносливость растений оказывают те факторы, которые в данном местообитании находятся в минимуме.

Закон минимума справедлив как для растений, так  и для животных, включая человека, которому в определенных ситуациях приходится употреблять минеральную воду или витамины для компенсации недостатка каких-либо элементов в организме.

Известно, что  при недостатке воды в почве ассимиляция растением элементов минерального питания затруднена, но и избыток воды ведет к аналогичным последствиям: возможна гибель корней, возникновение анаэробных процессов, закисание почвы и т. п. Жизненная активность организма также заметно угнетается при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура.

Фактор среды  наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем  его значении, оптимальном для  данного организма. Чем шире пределы  колебаний какого-либо фактора, при  котором организм может сохранять  жизнеспособность, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма к соответствующему фактору.  Таким образом, толерантность — это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Впервые предположение  о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов: даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе — к его гибели. Поэтому экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором.

Закон толерантности  дополняют положения американского эколога Ю. Одума:

организмы могут  иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого:

организмы с широким  диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

диапазон толерантности  может сузиться и в отношении  других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору  не оптимальны для организма;

многие факторы  среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

К этим положениям также примыкает закон Митчерлиха Бауле или закон совокупного действия: совокупность факторов воздействует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую пластичность — минимальную способность к приспособлению.

В зависимости  от  способности организма адаптироваться к условиям среды их можно разделить  на виды, способные существовать в  условиях небольшого отклонения от своего оптимума, узкоспециализированные –  стенобионтные, и виды способные  существовать при значительных колебаниях факторов – эврибионтные