Екологічні фактори середовища

Фактори, що впливають на функціонування екологічних систем, називають екологічними. Всі вони можуть бути об’єднані в три групи: абіотичні, тобто фактори неживої природи (температура, вологість, світло, рельєф); біотичні – фактори взаємодії живого з живим(мутуалізм, паразитизм, хижацтво, коменсалізм, вільна конкуренція); антропогенні – пов’язані з господарською діяльністю людини.

Абіотичні фактори. Як абіотичні фактори розглядають вплив на живі організми температури, світла, вологи та життєвої території існування.

Температура. Живі організми можуть існувати тільки в певних температурних умовах. При температурі близько 100⁰ С руйнуються білки організму, а при низькій температурі уповільнюється, а потім і припиняється обмін речовин. Залежно від температурного режиму виділяють чотири основні кліматичні зони: тропічний пояс(температура не нижче + 15...20⁰ С), помірний пояс (коливання температури від – 20⁰ С + 30⁰ С) та холодний пояс. Важливим для організмів є сезонний розподіл температур. Тут виникає цілий ряд пристосувань організмів: зимові сплячки, сезонна міграція тощо.

Вологість. Вміст води в живих клітинах у середньому стано­вить 80-92 %. Джерелом води є опади та ґрунтові води. Тут лімітуючим фактором є кількість опадів. Вона визначає навіть тип екосистем. При опадах менш ніж 250 мм на рік формуються пу­стельні екосистеми; 250-750 - степові, лісостепові та савани; 750-1250 - субтропічні ліси, а більш як 1250 - вологі тропічні ліси. По відношенню до вологи рослини поділяють на такі групи: гід­рофіти - рослини, повністю занурені у воду (водорості, квіткові рослини тощо); гігрофіти - напівзанурені (рогіз, комиш, осока, очерет тощо); мезофіти - суходільні рослини з достатнім зволо­женням; ксерофіти - що мешкають на сухих територіях.

Тварини також мають певні пристосування для добування та утримування води. У ссавців і водних тварин відсутній дефі­цит води, тому основний продукт азотистого обміну виводиться з організму у вигляді водного розчину сечовини. Більшість на­земних тварин економлять воду, виводячи азот у вигляді нероз­чинної у воді сечової кислоти.

Світло відіграє вирішальну роль у життєдіяльності рослин, оскільки рослини синтезують органічні речовини з неорганіч­них, використовуючи світлову енергію сонця. Одним із видів конкуренції в рослин є конкуренція за світло. У тварин зміна тривалості дня викликає зміну поведінки. Середня ефективність використання сонячної енергії в рослин 1 %, максимальна продуктивність фотосинтезу за спри­ятливих умов 3-10 %.

Територія є важливим фактором у житті і рослин, і тварин. Всім відомо, як ретельно оберігають свою територію тварини, ставлячи відповідні мітки. Це й зрозуміло, бо всяке життя по­чинається з відмірювання життєвого простору, на якому орга­нізми мешкають та виводять потомство.

Біотичні фактори. Проживаючи в угрупованнях, організми вступають у певні стосунки. Так, серед рослин можна виділити три головних типи взаємодій: мутуалізм (відомий також як симбіоз), конкуренція та відносини з травоїдними тваринами.

Мутуалізм (від лат.mutuus - взаємний) - це біологічна взаємодія двох видів партнерів, що сприяє їх росту та виживан­ню. У природі такі види не можуть жити один без одного.

У рослинних угрупованнях постійно відбувається «боротьба за світло», тому що єдиним джерелом енергії для них є сонячне світло. Це явище дістало назву конкуренції (від лат. concurrere - бігти разом). Конкуренція за світло є найсильнішою порівня­но з конкуренцією за воду та мінеральні речовини. В конкурен­тній боротьбі за світло в рослин в угрупованнях виробилися різноманітні пристосування. Це відмінності у висоті, розміщенні листків, формі крони. Особливо добре видно такі пристосуван­ня в угрупованні мішаного лісу, де рослини розміщуються яру­сами. В першому (верхньому) ярусі царюють крони високих дерев - дубів, берез, лип. У другому ярусі ростуть менш високі дерева - горобина, черемха, яблуні. В третьому - кущі та напівкущі, у четвертому - трави. П'ятий ярус представлений мохами. Кож­ний нижче розташований ярус отримує все менше і менше сві­тла, тому в нижньому ярусі ростуть найбільш тіньовитривалі рослини.

Відзначимо ще одну біологічну особливість життя рослин в угрупованнях. Як правило, з двох видів, які певний час жи­вуть у споріднених умовах, один обов'язково гине. Ця законо­мірність була доведена в експерименті і дістала назву принцип конкурентного виключення. Якщо дві чи більше рослин ви­користовують однакові поживні речовини, кількість яких об­межена, то ці рослини будуть меншого розміру і чисельність їх буде меншою.

Для рослин дуже важлива також боротьба за територію. У зв'язку з цим у них сформувався ряд пристосувань. Особливо ефек­тивним при захопленні території є вегетативне розмноження.

Нерідко конкуруючі організми виробляють хімічні речови­ни, які пригнічують ріст і розвиток або особин свого ж виду, або інших видів. Наприклад, шавлії виділяють токсичні леткі речовини, що мають саме таку дію.

Особливі взаємовідносини виникають між рослинами і тра­воїдними тваринами. Загальновідомі приклади використання рослинами біологічних пристосувань, що захищають їх від по­їдання тваринами. Це колючки, шипи, шипики, жалкі волоски та інше. Але мало відома і тим цікава справжня «хімічна вій­на» між рослинами і тваринами, що ними живляться. Протя­гом довгого еволюційного шляху рослини набули цілий ряд за­хисних хімічних речовин. Наприклад, горох виділяє пізантин, що захищає його від грибів-паразитів. Інші речовини, напри­клад хромени, відлякують комах. Піретрини, що містяться в рослинах роду хризантем, згубно діють на багатьох шкідників. Восковий наліт на пагонах та листках багатьох рослин робить їх важкодоступними для комах і грибів.

Здатність рослин виробляти токсичні речовини необхідно враховувати і в сільському господарстві. Багато культурних со­ртів порівняно з їх дикорослими предками не здатні виробляти токсичні речовини в необхідній для захисту кількості. Тому зараз зусилля учених спрямовані на отримання речовин рослинного походження, що є отруйними для рослиноїдних тварин або від­лякують їх.

Виявлено, що хімічні засоби захисту мають не лише наземні рослини, але й багато водоростей.

У цілому взаємовідносини рослин в угрупованні дуже складні й різноманітні. Деякі їх прояви ми починаємо розуміти лише сьогодні. Ті приклади, що тут описані, скоріш є початком до­сліджень, які обіцяють багато цікавих і значних відкриттів.

На відміну від рослин тварини значно менше залежать від наявності світла. Якщо автотрофні організми конкурують зде­більшого саме за світло, то тварини весь час проводять в пошу­ку їжі. їжа - це те основне, що забезпечує організм поживними речовинами. На довгому шляху еволюції виникало і вдоскона­лювалося безліч варіантів добування харчів. Тварини вимушені були вступати в певні взаємовідносини між собою. Такі взаємо­відносини можна поділити на групи.

Взаємовідносини хижак - жертва є найбільш показовими і відомі, мабуть, кожному. Вислів «хижак» можна застосувати в різних значеннях. Звичайно хижаками називають тварин, що живляться іншими тваринами, близькими за систематичним положенням. Наприклад, такими, що належать до одного з ними класу або ряду (вовк і заєць, тріска та оселедці тощо). Ссавців, що живляться молюсками, комахами або червами, звичайно не відносять до хижаків. Іноді, як відомо з біології рослин, деякі комахоїдні рослини теж називаються хижаками.

При вивченні біології тварин можна спостерігати цікаві при­стосування для ловіння здобичі в хижаків та пристосування в жертв - щоб уникнути пазурів хижака.

Досить різноманітне за формами у тварин, як і в рослинах явище симбіозу - взаємовигідного співіснування (мутуалізму), співіснування, вигідного для одного з партнерів, або нейтраль­ного співіснування.

Надзвичайно різноманітний також паразитизм, коли орга­нізми використовують інших тварин як середовище існування та джерело їжі. Особливо він поширений серед одноклітинних тварин, а також серед безхребетних. При паразитизмі між тва­ринами встановлюються взаємовідносини паразит — хазяїн.

Коменсалізм, або нахлібництво, - харчування залишками їжі інших тварин - також поширений серед тварин. Напри­клад, у мурашниках живуть кілька видів жуків, що живляться за рахунок запасів працелюбних мурашок. Також коменсалами можна вважати рибок-лоцманів, рибок-прилипал, що постійно супроводжують акул і харчуються залишками їхньої їжі.

Вільна конкуренція - взаємовідносини, що виникають між організмами одного або різних видів в однакових умовах середови­ща. Наприклад, гризуни, саранові, копитні, що споживають тра­ви. Такі ж відносини складаються і серед хижаків, наприклад, між хижими птахами та лисицями, які живляться гризунами.

У сучасній екології, як зазначено вище, до екологічних фа­кторів середовища відносять не лише абіотичні та біотичні фак­тори, а й антропогенні. Ці фактори обумовлені господарською діяльністю людини, і їх вплив на функціонування екосистем має здебільшого негативний характер. Тому ми розглянемо їх у розділі 6 - разом із тими екологічними проблемами, які вони спричинюють.

2.1.4. Екосистеми

Термін «екосистема» запропонував у 1935 р. англійський бота­нік А. Тенслі. Це поняття охоплює не лише сукупність живих організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища.

Для всіх без винятку екосистем характерні кругообіг речо­вин та потік енергії. Речовини, необхідні для побудови живих організмів, безперервно здійснюють кругообіг, надходячи в живі організми і повертаючись у ґрунт після їх смерті. Крім того, екосистеми потребують безупинного притоку енергії.

Початковим джерелом енергії в екосистемах є сонячне світ­ло. Ця енергія надходить через зелені рослини. У процесі фото­синтезу з вуглекислого газу та води утворюються складні орга­нічні речовини. В них накопичена частина сонячної енергії у вигляді хімічних зв'язків. Як побічний продукт виділяється ки­сень. Для синтезу органічних речовин також необхідні міне­ральні речовини, розчинені у воді. Тому фотосинтезуючі органі­зми, що виробляють органічні речовини з неорганічних, нази­вають продуцентами. Зазначимо, що органічні речовини, що утворилися в процесі фотосинтезу, використовують­ся самими рослинами або організмами, які їх поїдають. У процесі дихання відбувається вивільнення енергії, яка забезпечує життєдіяльність. Для цього переважна частина організмів використовує кисень. У результаті дихання утворюється С0₂ та Н₂0, які є вихідними речовинами для фотосинтезу. Час­тина поживних речовин витрачається на побудову тканин самих організмів.

Речовина та енергія складають єдине ціле і переходять в екосистемі від одних організмів до інших. Але є одна суттєва відмінність. Речовина може безкінечно довго здійснювати кру­гообіг, включаючись у процесі фотосинтезу в органічні сполу­ки та повертаючись у ґрунт після смерті організмів. А більша частина енергії поступово втрачається у вигляді тепла. Тому екосистема постійно потребує притоку енергії ззовні у вигляді органічних сполук, у яких «законсервоване» сонячне світло.

Як розподіляються ролі всіх компонентів екосистеми? Може скластися враження, що рослини повністю незалежні від тва­рин, бактерій та грибів. Однак це не так. Якщо б на нашій планеті існували лише фотосинтезуючі організми, то невдовзі всі мінеральні речовини були б перетворені в органічні. Тоді б ріст і розвиток рослин припинився зовсім. Цього не відбуваєть­ся тому, що існує ціла група організмів, які живляться відмер­лими рослинними і тваринними організмами. Вони розклада­ють органічні речовини до мінеральних, видобуваючи необхідні для своєї життєдіяльності речовини та енергію. Ця група орга­нізмів дістала назву редуцентів.

Якщо б екосистеми складалися лише з продуцентів та реду­центів, то могли б існувати необмежено довго. Але ситуація ускладнюється наявністю ще однієї великої групи організмів, які використовують в їжу велику кількість органічної речови­ни. Це тваринні організми, або консументи. Розрізнюють рос­линоїдних, м'ясоїдних (хижаки) та всеїдних тварин. Частина тварин і рослин перейшла до паразитичного способу життя, їх об'єднують у групу паразитів.

Усі компоненти екосистеми перебувають у певному взаємо­зв'язку. Такий взаємозв'язок будується на харчових взаємосто­сунках. Таким чином, всі «ролі» розподіляються залежно від джерела їжі та її загальної кількості, що отримують організми. За джерелами їжі всі організми поділяють на автотрофів і гетеротрофів. Автотрофи - фотосинтезуючі організми, що вико­ристовують енергію сонця для створення власних органічних речовин. Гетеротрофи не можуть цього робити і тому живлять­ся органічними речовинами, що виробляються автотрофами. Серед самих гетеротрофів їжа розподіляється нерівномірно. Найбільша кількість її припадає рослиноїдним тваринам, які є їжею для хижаків, хижаки невеликих розмірів стають жертвою більших хижаків. Тварини, що загинули або не потрапили до пазурів хижаків, врешті-решт стають «здобиччю» редуцентів -бактерій, грибів, червів, комах та інших. Таким чином, всі живі компоненти екосистеми шикуються в певну послідовність, утво­рюючи ланцюг живлення.

Будь-які структурні особливості екосистем є результатом їх розвитку. Окремим випадком еволюції екосистем є сукцесії. Сукцесія - це послідовна зміна екосистем на одній і тій самій території під впливом природних факторів або діяльності люди­ни. Угруповання живих організмів, які першими засе­ляють такі місця, називаються піонерними. У міру розвитку будь-яке піонерне угруповання рано чи пізно досягає стійкої рівноваги, коли вже не може бути замінене іншим угрупован­ням. Такі угруповання називаються клімаксними.

Повний набір угруповань живих організмів у часовій послі­довності їх замін від піонерного до клімаксного складає сукцесійний ряд.

Таким чином, різноманіття видів формує сукцесію та її на­прямок, забезпечує наповненість реального простору життям.

Дата добавления: 2014-11-29