Организмы и факторы среды

     7. Закон равнозначности  всех условий жизни. В целом, поскольку любой фактор может оказаться в минимуме, лишь их оптимальная совокупность обеспечивает процветание видов. Согласно закону равнозначности всех условий жизни, все условия среды, или экологические факторы, необходимые для жизни, играют равнозначную роль.

     8. Закон компенсации  (взаимозаменяемости) факторов. Этот закон сформулировал в 1930 г. Э. Рюбель: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другим близким (аналогичным) фактором. Например, недостаток света может быть компенсирован для растений обилием углекислого газа.

     В.В. Алехин сформулировал близкое к данному закону правило замещения экологических условий: любое условие внешней среды в некоторой степени может замещаться другим. Например, макроклиматические воздействия могут быть компенсированы биоклиматическими - вечнозеленые виды растут под защитой верхних ярусов растительности, многие виды животных находят микроусловия для существования.

     9. Правило взаимодействия  факторов. Это правило тесно связано с предыдущим законом. Один и тот же фактор в сочетании с другим оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

     10. Закон неоднозначного  действия фактора  на различные функции  организма. Согласно этому закону, любой экологический фактор неодинаково влияет на функции организма: оптимум для одних процессов, например, дыхания, не есть оптимум для других, например, пищеварения, и наоборот. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от 40 до 45^oС у холоднокровных животных увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

     11. Закон относительной  независимости адаптаций. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам среды могут быть очень разнообразными. По отношению к одним экологическим факторам валентность вида может широкой, по отношению к другим - узкой. Высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

     12. Правило экологической  индивидуальности. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организмов по своему адаптирован. Это выражается правилом экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации, двух идентичных видов не существует.

     13. Правило соответствия  условий среды  жизни генетической  предопределенности  организма. Вид существует до тех пор (может существовать до тех пор) и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

     14. Разнообразие ответных  реакций на действие  факторов среды  у отдельных особей  вида. Степень толерантности, экологическая валентность, зоны оптимума и пессимума отдельных особей в пределах вида часто не совпадают. Эта изменчивость определяется в первую очередь генетическими различиями, а также половыми и возрастными особенностями. Для различных стадий развития насекомых, часто различающихся по средам обитания, существуют различные экопреферендумы в отношении температуры, влажности, освещенности, кислотности почвы и т.д. Особи разного пола одного вида часто обладают различной степенью толерантности к различным экологическим факторам, например антропогенным. У видов с широкими ареалами экологические различия между особями носят популяционно-географический характер.

     15. Закон максимума  биогенной энергии  (энтропии) Вернадского-Бауэра. Любая биологическая или биокосная система, находясь в динамическом равновесии с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Давление растет до тех пор, пока не будет строго ограниченно внешними факторами, либо не наступит эволюционно-экологическая катастрофа.

     Живые организмы, обитающие на Земле, адаптированы к специфическим влияниям важнейших экологических факторов - свету, температуре, влажности, воздуху, эдафическим и климатическим факторам.

     Свет  является одним из важнейших экологических факторов, особенно в наземно-воздушной среде. Во-первых, свет - это первичный источник энергии для всего живого; во-вторых, это фактор ограничивающий, т.к. слишком мало или слишком много света одинаково может привести к гибели организма; в третьих, свет является исключительно важным регулятором дневной или сезонной активности огромного количества организмов, как растительных, так и животных.

      На солнечную радиацию, как основной источник энергии для живых органимов, приходится около 99,9% в общем балансе энергии Земли. Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100%, то примерно 19% ее поглощается при прохождении через атмосферу, 34% отражается обратно в космическое пространство и 47% достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации. На ультрафиолетовую часть спектра приходится от 1 до 5%, на видимую - от 16 до 45% и на инфракрасную - от 49 до 84% потока радиации, падающего на Землю.

     Среди ультрафиолетовых лучей до поверхности  Земли доходят только длинноволновые, а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 25 км озоновым экраном (в настоящее время, правда, необходимо учитывать процесс разрушения озонового слоя). Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, вредны для организмов в больших дозах, а небольшие дозы необходимы многим (оказывают мощное бактерицидное действие и вызывают образование витамина D у животных). Инфракрасные лучи оказывают тепловой действие.

     Видимая радиация несет приблизительно 50% суммарной энергии. Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение.

     Для фотоавтотрофов солнечное излучение  является единственным источником энергии. В результате фотосинтеза зеленые  растения, а также водоросли и  некоторые бактерии преобразуют энергию Солнца в химическую энергию органических соединений. Пурпурные и зеленые бактерии, имеющие бактериохлорофиллы, способны поглощать свет в длинноволновой части. Это позволяет им существовать даже при наличии только невидимых инфракрасных лучей.

     На  суше для высших автотрофных растений условия освещения практически  везде благоприятны, и они растут повсюду, где позволяют климатические  и почвенные условия. Водоросли  обитают главным образом в  водоемах, но встречаются и на суше - на скалах, на стволах деревьев, на поверхности почвы и др.

     В водной среде света гораздо меньше, чем в наземно-воздушной. С глубиной быстрое убывание количества света  связано с поглощением его  водой. При этом лучи света с разной длиной волны поглощаются неодинаково. Соответственно сменяют друг друга с глубиной разные группы водорослей - зеленые, бурые и красные - специализированные на улавливании света с разной длиной волны.

     Поглощение  света зависит от степени прозрачности воды. Поэтому граница зоны фотосинтеза еще определяется чистотой водоема. В самых чистых водах зона фотосинтеза простирается до глубины 200 м, сумеречная зона - до 1500 м, глубже солнечный свет не проникает.

     Помимо  источника энергии, свет используется растениями и для других жизненных  процессов - газообмене, размножении, обмене веществ, формообразовании. Свет вызывает в органах растений, например, движения типа искривлений, направленные на оптимальное использование света листьями (фототропизм).

     Световой  режим любого местообитания характеризуется интенсивностью прямого и рассеянного света, количеством света (годовой суммарной радиацией), его спектральным составом, а также альбедо - отражательной способностью поверхности, на которую падает свет.

     Перечисленные элементы светового режима зависят  от географического положения, высоты над уровнем моря, от рельефа, состояния атмосферы, характера земной поверхности, растительности, от времени суток, сезона года, солнечной активности и глобальных изменений в атмосфере.

     По  требованию к условиям освещения  растения принято делить на экологические группы:

1. светолюбивые, или гелиофиты (от греч. "гелиос" - солнце, "фитон" - растение) - растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний; таковы растения пустынь, степей, тундр, безлесных горных вершин;
2. тенелюбивые, или сциофиты /скиофиты/ (от греч. "сциа" - тень) - растения, которые в природе никогда не растут на открытых местах; это растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами (примеры - ветреница дубравная, майник двулистный, сочевичник весенний и др.);
3. bтеневыносливые, или факультативные гелиофиты, - растения, которые могут жить при полном солнечном освещении, но переносят и некоторое затенение; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения; к этой группе относятся многие растения, обычно произрастающие на лугах, лесных полянах, вырубках, ряд опушечных и даже некоторые типичные степные растения.

     Для растений каждой экологической группы, особенно для гелиофитов и сциофитов, характерны общие приспособительные особенности (строение, форма и интенсивность окраски листьев, содержание в них хлорофилла, длинна междоузлий и др).

     Наиболее  общая адаптация растений к максимальному  использованию фотосинтетически активной солнечной радиации - пространственная ориентация листьев. Различают три способа расположения листьев: вертикальное, горизонтальное и диффузное. При вертикальном расположении листьев, как, например, у многих злаков и осок, солнечный свет полнее поглощается в утренние и вечерние часы - при более низком стоянии солнца; при горизонтальной ориентации листьев полнее используются лучи полуденного солнца; при диффузном расположении листьев в разных плоскостях солнечная радиация в течение дня утилизируется наиболее полно. На севере, где высота стояния солнца меньше, больше встречается растений с вертикальным расположением листьев, на юге - с горизонтальным.

     Свет  в жизни гетеротрофов не является столь необходимым фактором, как  для фотоавтотрофов. Однако в жизни животных световая часть спектра солнечного излучения играет важную роль.

     Среди животных различают светолюбивые виды, или фотофилы, и тенелюбивые виды, или фотофобы; а также эврифотные, выносящие широкий диапазон освещенности, истенофотные, переносящие узкоограниченные условия освещенности.

     Свет  для животных, в первую очередь, необходимое  условие зрительной ориентации в  пространстве. Рассеянные, отраженные от предметов лучи, воспринимаемые органами зрения животных, дают им значительную часть информации о внешнем мире. Человек получает более 90% информации о внешнем мире через зрительный анализатор.

     В процессе эволюции происходило постепенное  усложнение зрительных аналиаторов. Наиболее совершенные органы зрения - глаза  позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние.

     Отдельные виды животных могут сильно различаться  по способности воспринимать разные лучи солнечного спектра. Для человека область видимых лучей - от фиолетовых до темно-красных. Некоторые животные, например гремучие змеи, видят инфракрасную часть спектра и ловят добычу в темноте.

     Цветовое  зрение широко распространено у позвоночных, ракообразных, насекомых и паукообразных. Способность к различению цвета, помимо наличия специальных фоторецепторов (колбочек), в значительной мере зависит от того, при каком спектральном составе излучения существует или активен вид. Большинство млекопитающих, ведущих происхождение от предков с сумеречной и ночной активностью, плохо различают цвета и видят все в черно-белом изображении.

     Особенности зрения животных зависят от характера  местообитания и образа жизни. У  постоянных обитателей пещер (троглобионтов) или почвенных животных (педобионтов) глаза могут быть полностью или частично редуцированы (жужелицы, протеи, крот, слепыш и др.). Многие глубоководные животные лишены глаз. В ряде случаев у глубоководных организмов выработалось способность к биолюминесценции (холодное свечение) за счет окисления сложных органических соединений (ночесветки, глубоководные рыбы, головоногие моллюски и др.). Биолюминесценция используется как средство для коммуникаций, а также хищниками для привлечения жертв и жертвами для отпугивания хищников.