Их действия на организм

И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ЛЕКЦИЯ 2. ФАКТОРЫ СРЕДЫ

Экосистемную и биосферную экологию.

Вторая ветвь – геоэкология – изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организм.

Экологию делят на географическую и ландшафтную, объектами изучения которой являются крупные геосистемы; глобальную экологию – учение о биосфере Земли.

Третья ветвь – прикладная экология. Это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.

Прикладная экология базируется на системе законов, правил и принципов экологии и природопользования. Она изучает механизмы разрушения биосферы человечеством и способы предотвращения этого процесса. Разрабатывает принципы рационального природопользования.

Инженерная экология – большой раздел экологии, рассматривающий воздействие промышленности на природу и наоборот, влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов.

Экология человека – это комплексная дисциплина, исследующая общие законы взаимодействия биосферы, влияние природной среды на человека и группы людей.

Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимосвязанных и соподчинённых элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как единого целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях).

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных взаимодействиях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей среды или, среды обитания, влияющей на состояние и свойства организмов.

Среда – одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организмы элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, всё то, среди чего он живёт и с чем непосредственно взаимодействует.

Организмы находятся в состоянии постоянного обмена с окружающей средой и подвергаются воздействию самых разнообразных факторов. Экологические факторы – это элементы природной среды, взаимодействующие с организмами и способные оказывать на них прямое влияние. По их многообразию воздействия на организм выделяют три группы: абиотические, биотические и антропогенные. Каждый из них имеет качественную специфику, влияет на какие-то процессы в организме и реакция во многом определяется интенсивностью воздействия фактора, то есть дозой, количеством.

В естественных условиях обитания экологический оптимум не представляет собой сочетание всех факторов в оптимальном выражении. При комплексном воздействии устанавливаются особые взаимодействия, когда влияние одного из факторов в какой-то мере изменяет (усиливает или ослабляет) характер воздействия другого. Но на уровне современных знаний не всегда возможно объективно оценить влияние фактора.

Хотя экологические факторы могут действовать совокупно, они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В.Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим.

Закон минимума Юстаса фон Либиха (1840) – Величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего.

Согласно закону толерантности (или закону В. Шелфорда): любой живой организм имеет определенные, эволюционно сформированные и унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к каждому экологическому фактору. Второе название: закон лимитирующего фактора. – 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 выходит за эту границу, называют лимитирующим фактором.

Многообразные экологические факторы среды разделены на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы – это факторы неорганической среды, неживой природы (греч. а – отрицание, bios – жизнь). Они включают климатические, эдафические и химические факторы. В процессе эволюционного развития каждый вид организмов приспособился к определённым условиям и пределам колебаний факторов.

Климатические факторы – наиболее важные для жизни животных и растений. К ним относятся солнечная энергия, температура, влажность, движение воздуха, давление и др. Солнечная энергия поступает в виде электромагнитных волн. Спектр солнечных лучей включает видимую часть
(48 %), инфракрасные лучи (45 %) и ультрафиолетовые лучи (7 %), которые различаются по биологическому действию.

Ультрафиолетовое излучение имеет коротковолновую (200 – 280 нм) часть спектра, которая активно адсорбируется кожей, и зону длиной волны (до 380 нм).

Мягкое ультрафиолетовое излучение обладает слабым деструктивным действием, у людей может вызвать ожоги и адаптацию в форме загара, при этом в коже накапливается пигмент меланин и синтезируется витамин D, регулирующий обмен кальция и фосфора в организме. Действие излучения зависит от дозы: сильное облучение вредно для организма.

От интенсивности света, особенно видимой части спектра, зависит интенсивность фотосинтеза, деление клеток, рост и развитие растений, сроки их цветения и плодоношения. Видимый диапазон света вносит вклад в тепловой баланс, служит сигналом для начала миграционных процессов и периодов размножения у животных. Главная экологическая роль света состоит в осуществлении биологических ритмов различной продолжительности.

Температура напрямую связана с солнечной энергией. Об этом свидетельствует относительная скудность жизни пустынь и арктических областей. У организмов, обитающих в этих широтах, выработались соответствующие адаптации к изменению температуры.

Изменение температуры обуславливает соответствующие изменения скорости обменных реакций. Все химические процессы, протекающие в организме, находятся в зависимости от температуры. Это важный ограничивающий фактор распространения организмов. Верхний порог жизни теоретически определяется температурой свёртывания белков. Обезвоживание организма повышает этот порог. На этом основана высокая термоустойчивость цист, спор, семян. У большинства животных тепловая гибель наступает раньше, чем начинают коагулировать белки (42 – 43 °С).

Нижний температурный порог жизни также вызывает нарушения метаболических и регуляторных процессов у организмов. Так, у насекомых охлаждение подавляет механизмы, обеспечивающие приток кислорода к клеткам.

В зависимости от характера теплообмена организмы делятся на:

Пойкилотермные – организмы температура тела, которых меняется в зависимости от температуры окружающей среды (растения, беспозвоночные, рыбы, рептилии…).

Гомойотермные – организмы способные поддерживать температуру тела постоянную, не зависимо от температуры окружающей среды (млекопитающие и птицы).

Гетеротермные – в период активности обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха особенно зимней спячки температура их тела снижается (медведи, суслики, барсуки…).

Стенотермные – организмы, которые могут существовать при определённых ограниченных колебаниях температуры (глубоководные организмы, растения высокогорий).

Влажность для живых организмов – необходимое условие жизни. Вода входит в состав клеток и тканей любого организма, она физиологически необходима.

При дефиците влаги у растений и животных образовались разнообразные механизмы защиты от обезвоживания. Так, у растений степей и пустынь сильно развита корневая система (у верблюжьей колючки до 16 м), имеется высокое осмотическое давление клеточного сока (60 – 80 атм.), на листьях развивается восковой налёт и опушение, уменьшающие испарение воды. А у животных пустынь наблюдается уменьшение потовых желез и характерно использование ими метаболической воды, образующейся при окислительных реакциях (107 г воды на 100 г жира); они имеют некоторые особенности образа жизни: преимущественно ночной, а также характерны миграции, летние спячки, впадение в состояние оцепенения.

Основным источником влаги для наземных организмов являются осадки. Они неравномерно распределены на земном шаре – в зависимости от физико-географических условий.

Влажность воздушной среды обычно измеряется в показателях относительной влажности, являющихся процентом реального давления водяного пара от давления насыщенного пара при той же температуре.

Воздух – важнейший абиотический фактор. Для организмов важен газовый состав, движение воздуха и давление. Важнейшим составляющим является кислород, который необходим для окисления веществ в организме и участия в энергетическом обмене. Углекислый газ – продукт дыхания, брожения и гниения, а также пожаров и вулканизма. При повышении его концентрации до 0,4 % интенсивность процесса фотосинтеза увеличивается, при большей концентрации происходит спад фотосинтеза и дыхания, что используется при хранении овощей и фруктов. По оценкам разных авторов фиксация углекислого газа составляет от 40 до 60 млрд. т/год. Для газообмена у организмов имеется множество приспособлений. Например, у животных и человека в условиях высокогорья увеличивается в крови количество эритроцитов, которые снабжают клетки организма кислородом.

Ветер способствует перераспределению воздушных масс с различной температурой, влажностью и химическим составом.

Большое значение для живых организмов имеют такие факторы как давление (нормальное давление 760 мм рт. ст.) и ионизирующее излучение (это излучение, образующее пары ионов при прохождении через вещество, имеет два источника – космическое и радиоактивные изотопы и элементы в земной коре). Колебания атмосферного давления играет важную роль в формировании погодных условий.

Эдафические факторы (греч – edaphos – почва, т. е. почвенные) включают совокупность физико-механических и химических свойств почвы: механический состав, плотность, влагоёмкость, воздухопроницаемость, температуру, состав химических элементов. Важнейшим свойством почвы является её плодородие, зависящее от наличия гумуса.

Химические факторы учитывают химические компоненты среды: газовый состав атмосферы, солёность воды, кислотность воды и почвы.

Газовый состав атмосферы по своим химическим особенностям имеет первостепенное значение для существования живых организмов.

Кислород обеспечивает процессы дыхания и окисления, но он не является лимитирующим фактором развития для наземных организмов вследствие высокого содержания в воздухе. В водной среде количество растворённого кислорода подвержено сильным колебаниям и может являться ограничивающим фактором для некоторых видов.

Азот играет роль важнейшего биогенного элемента, участвующего в образовании белковых структур организмов. Углекислый газ удерживает тепло у поверхности Земли, его недостаток тормозит процессы фотосинтеза, а избыток вызывает интоксикацию.

Для обитателей водной среды одним из основных факторов является солевой состав воды, что определяется наличием растворённых карбонатов, сульфатов, хлоридов. Пресная вода содержит в основном карбонаты в небольшом количестве. В морских водах растворены преимущественно хлориды и частично сульфаты. Количество видов, способных существовать как в пресной, так и солёной воде, очень ограничено. Кислотность воды и почвы зависит от концентрации ионов водорода. Изменение кислотности обуславливает гибель организмов или, что случается реже, замещение одних видов другими.

Биотические факторы – это внутривидовые и межвидовые взаимодействия организмов и их влияние на неживую среду. В их многообразии выделяют 3 группы. Фитогенные факторы – факторы влияния на среду со стороны растений, которые вырабатывают первичное органическое вещество, являющееся основой питания всех организмов. Зоогенные факторы определяют взаимоотношения между животными и их влияние на среду. Микробиогенные факторы – это воздействия вирусов, простейших, бактерий на живые организмы. Имеются и другие примеры классификации взаимоотношений особей в экосистемах.

Антропогенные факторы (греч. anthropos – человек) обусловлены трудовой деятельностью человека. Воздействие человека на природу подразделяют на прямое (например, охота, вырубка леса) и косвенное (строительство дорог, разливы нефти из трубопроводов и т. д.). Ввиду отсутствия приспособительных реакций у организмов к воздействию антропогенного фактора, происходит нанесение большого ущерба природе.

Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве. Каждому живому организму в экосистеме требуется строго определённые количества (дозы) экологических факторов и пределы их колебаний. Факторы окружающей среды определяют амплитуду колебаний численности того или иного вида во времени и пространстве.

Дата добавления: 2014-01-20