Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов.

Стенобионтные и эврибионтные организмы

Диапазон толерантности.

Лимитирующие факторы. Закон мнимума Либиха. Закон толе-рантности Шелфорда.

Специфические особенности действия антропогенного фактора

Организм и его условия обитания

Уровни организации живых систем

3. Экологические факторы и их классификация

Жизнь – наивысшая ступень организации материи. В настоящее время выделяют такие уровни организации живой материи:

• молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне функционирования биологических молекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жиз­недеятельности организма: обмен веществ и превращение энер­гии, передача наследственной информации и др.;

• клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей развития всех живых организмов, обитающих на земле. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует;

• тканевой. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции;

• органный. Органы — структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.

Экосистема изучает еще четыре уровня:

• организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выпол­нения различных функций;

• популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и то­го же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой сис­теме осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования;

• биогеоценотический. Биогеоценоз — совокупность организмов раз­ных видов и различной сложности организации со всеми факто­рами среды их обитания;

• биосферный. Биосфера — система высшего порядка, охватываю­щая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне про­исходят круговорот веществ и превращение энергии, связан­ные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь час­тично на основе данных о свойствах каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней. Такое явление называют эмерджентностью — наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.

Живым организмам присущ обмен веществ или метаболизм при которых происходит множество химических реакций. Примером таких реакций могут быть дыхание и фотосинтез.

Некоторые микроорганизмы, бактерии способны создавать органические соединения за счет других компонентов, что называется хемосинтезом.

Обмен веществ в организме происходит только с участием катализаторов – ферментов. Каждая биохимическая реакция контролируется особым ферментом, который в свою очередь контролируется единичным геном. Изменение гена называется мутацией.

Ферментам помогают коферменты – крупные молекулы, частью которых являются витамины, необходимые для обмена веществ всех организмов.

Для ряда метаболических процессов необходимы гормоны, вырабатываемые в различных органах. Гормоны осуществляют в любом организме общую химическую координацию метаболизма. Метаболические процессы, происходящие в организме от зарождения до конца жизни, называется онтогенезом.

Процессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии действием загрязнения среды и привести к появлению уродов или даже привести к гибели индивидов.

Современный онтогенез сложился в течение длительной эволюции - филогенеза. Термин был введен Э. Геккелем в 1866г. Наука филогенетика базируется на трех науках: морфологии, эмбриологии и палеонтологии.

Взаимосвязь между развитием живого и индивидуальным развитием ор­ганизма в эволюционном плане Э. Геккель сформулировал в виде биоге­нетического закона: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида.

Со времен Аристотеля организмы делятся на растения и животных.

По современной систематике выделяют ряд таксонов, наиболее крупные из которых – бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства – типы, классы и более мелкие таксоны – группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций.

Большинство современных ученых выделяют таксоны более высокого ранга. К ним относятся прокариоты –одноклеточные, доядерные (бактерии, включая архе - и цианобактерии) и эукариоты – одноклеточные и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро (остальные организмы).

Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Организм является начальной основной единицей обмена веществ. Именно с организма и начинается цепочка взаимоотношений живой материи, ее нельзя прервать ни на одном уровне.

Среда – комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Таким образом, среда – это материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организм.

Различают: внешнюю (контакт с организмом необязателен), окружающую (то же, что и внешняя, но она находится в контакте с организмом), природную, абиотическую и биотическую среды. Термин «окружающая среда» требует определяющего дополнения: среда, окружающая кого? что? Поэтому более правильно говорить «окружающая живой организм среда».

Земной биотой освоены четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи выделяют дополнительно четвертую среду жизни – сами живые организмы.

Лекция № 4

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Факторы среды имеют количественное выражение (рис. 2). По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум — такое количество

ээкологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости. Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).

Абиотические факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющие на жизнь и распространение животных и растений. Они делятся на такие группы:

· климатические (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление, снег);

· геологические (землетрясения, извержение вулканов, движение ледников и др.)

· орографические (рельеф, экспозиция местности);

· физические (магнетизм, шум, теплопроводность, радиоактивность и др.);

· химические (газовый состав, солевой состав среды) и

· эдафические, или почвенно-грунтовые.

Эдафические факторы или почвенные – это совокупность химических факторов и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, так и на корневую систему растений (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.).

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (микроклимат в лесу, в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т.п.) Существуют внутривидовые (гомотипические) и межвидовые (гетеротипиче-

ские) взаимоотношения. Гомотипические реакции – это взаимодей- ствия между особями одного вида. Гетеротипические реакции – это взаимо- действия между особями разного вида.

В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы делятся на четыре основные группы:

· фитогенные – это влияние растений на организм;

· зоогенные – влияние животных;

· микогенные – влияние грибов:

· микробогенные – влияние микроорганизмов.

Антропогенные факторы – факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.). Факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными.

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические – факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно называются периодическими. К ним относятся и климатические и гидрографические факторы.

Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.

Адаптация (лат. «приспособление») – приспособление организма к среде. Адаптация развивается под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного отбора. Источником адаптации являются генетические изменения в организме – мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм.

На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют биотические и абиотические факторы в комплексе. Известны успешные и «безуспешные» адаптации.

Лимитирующие экологические факторы это такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью.

В середине XIX века немецкий агрохимик Ю. Либих установил закон минимума: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме.

Закон независимости факторов В.Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (Н₂О) заменить действием СО₂ или солнечного света.

Закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти 2 предела называются пределами толерантности. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур – эвритермными («эври» - широкий).

Организмы по отношению к характеру воздействия другими лимитирующими факторами называют стенобионтами или эвробионтами.

Организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат. Тут возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже – на видовом уровне.

Важным экологическим фактором является питание. Питанием называется процесс потребления энергии и вещества. Известны 2 способа питания: голофитный – без захвата пищи (посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма) и голозойный – посредством захвата пищи внутрь тела. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма. Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разноообразные химические превращения веществ в организме. Реакции синтеза сложных веществ, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма, или ассимиляции.

К основным зкологическим факторам относится температура, свет и вода.

а) температура. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная температуры. Все живые существа способны жить между 0 и 50°С. Отсюда вытекает общий закон биологической стойкости (по М.Ламотту): величина «оптимального интервала» характеризует величину стойкости организма, т.е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».

Все животные делятся на:

1) пойкилотермные (температура тела меняется с изменением температуры окружающей среды) пресмыкающиеся, насекомые и др.

2) гомойотермные (температура тела постоянная) – это млекопитающие, птицы и человек.

У животных развита акклиматизация, также миграция в теплые края, зимовка – впадение зимой в спячку. Насекомые зимой останавливаются в своем развитии (диапауза).

б) свет – это первичный источник энергии. Существуют светолюбивые и тенелюбивые растения.

Фотопериодизм – это реакции организма на сезонные изменения длины дня, всегда одинаковые в данном месте, в данное время. Развитие природы, благодаря фотопериодизму подчиняется биоклиматическому закону Хопкинса: сроки наступления различных природных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.

Периоически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений называются биологическими ритмами.

Биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные. Экзогенные (внешние) ритмы – это реакция на периодические изменения среды. Эндогенные (внутренние) ритмы генерируются самим организмом. Ритмичными являются процессы синтеза ДНК,РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д.

Эндогенные ритмы дают организму возможность ориентироваться во времени. Способность людей и животных чувствовать время суток называют «биологическими часами». Многие организмы обладают циркадными (околосуточными) ритмами и цирканными (окологодичными ритмами). Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях.

в) вода. Вода необходима для всех живых организмов для обмена веществ и нормального функционирования организма в целом.

Контрольные вопросы:

1.Что такое живой организм?

2. Что такое окружающая человека среда?

3. Назовите уровни организации живой материи.

4. Объясните явление эмерджентности.

5. Что понимают под обменом веществ в живых организмах?

6. Что такое ферменты, витамины и гормоны?

7. Что такое онтогенез и филогенез?

8. Как читается биоге­нетический закон Э. Геккеля?

9. Что такое прокариоты и эукариоты?

10. Назовите основные среды обитаниябиоты.

11. Назовите основные экологические факторы

12. Что такое зона оптимума и зона пессимума?

13. Дайте определение экологической валентности.

14. Что такое адаптация организма?

15. Назовите лимитирующие экологические факторы.

16. Как читаются законы Ю. Либиха, В.Р.Вильямса и Ю.Шелфорда,

М.Ламотта и Хопкинса?

17. Что такое биологические ритмы? Назовите их виды.

Дата добавления: 2014-01-03