Условия для живой системы

Все многообразие процессов для живой системы делится на: внутренние (протекающие внутри нее) и внешние (вне живой системы).

Все многообразие процессов во Вселенной делится на:

1. Абиотические процессы (протекающие в неживой природе);

2. Биотические процессы (протекающие в живых системах);

3. Антропогенные процессы (формируемые и создаваемые человеком).

Абиотические процессы прямо или косвенно воздействуют на организм через те или иные стороны обмена веществ. Некоторые из них играют сигнальную роль: не влияя непосредственно на обмен, они закономерно сочетаются с другими процессами во внешней среде и поэтому их восприятие организмом может заранее подготовить его к изменению состояния среды. Примером может быть процесс распространения света в среде. Сезонное изменение фотопериода (длины светового дня) определяет адаптивные сезонные перестройки в организме. Спецификой абиотических процессов является их одностороннее действие на живой организм: организм может к ним приспособиться, но не в состоянии оказать на них обратное влияние.

Специфика биотических процессов – обоюдное действие живых систем (а соответственно и процессов в них проходящих) друг на друга. При этом длительные, устойчивые взаимосвязи происходят не между отдельными организмами, а между популяциями видов.

Спецификой антропогенных процессов является то, что в основе их лежат законы Вселенной, но происходят они с высокой скоростью; чрезвычайно разнообразны сочетания этих процессов.

Абиотические процессы делятся на:

· условные;

· факторные;

· ресурсные.

Следует отметить, что обычно в учебниках по экологии все эти процессы обозначаются как факторные. Но для студента-психолога чрезвычайно важна такая дифференциация, поскольку факторные и условные процессы оказывают принципиально разное воздействие на организм, в том числе на организм человека.

Любой процесс в живой системе – это цикл. Замыкание и размыкание циклов называется преобразованием процессов, его протекание - осуществлением.

Условия – процессы, осуществление которых необходимо для существования живой системы.

Внешние условия – процессы, замкнутые по законам Вселенной, осуществление которых соответствует осуществлению процессов внутри живой системы по ее законам.

Внутренние условия - процессы, осуществление которых внутри живой системы соответствует преобразованию других процессов в ней по ее собственным законам. Базовый феномен живой системы – ей необходимы внутренние условия, без них она себя не проявляет, и тем самым она неживая.

Внутренние условия соответствуют физиологическим процессам, а внешние – экологическим.

Качественные и количественные характеристики процессов, которые определяют способ их сравнения – это параметры процессов.

Выделяют количественные параметры – если значение параметра включает в себя другие значения, например, температура или количество осадков. Параметр является качественным, если он не может включать в себя спектр значений. Например, цвет, но не длина волн, обеспечивающая его.

Каждое условие имеет несколько параметров. Воздействие внешних условий (а не факторов) на организм описывается кривой Гаусса. (В биологической литературе эта кривая характеризует факторное воздействие на организм.)

Благоприятные условия соответствуют зонам оптимума и нормы своих параметров.

В зоне оптимума значения параметра внешнего процесса определяют интенсивность развития организма от 80% до 100% – условные циклы почти не размыкаются. В зоне оптимума адаптивные механизмы отключены, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы (на основной метаболизм). В результате достаточное количество ресурсов, которые потребляет организм, может быть использовано на его рост и развитие.

Выход значений параметра за пределы оптимума указывает на проявление противоречий между процессами снаружи и внутри организма, при этом включаются адаптивные механизмы. Зоны нормы соответствуют значениям параметра, при которых интенсивность развития организма изменяется от 80% до 10% – чем дальше от зоны оптимума, тем больше размыкание условных циклов и тем большая часть ресурсов идет на адаптацию к условиям среды, то есть на преодоление противоречий или замыкание размыкающихся внутренних условных циклов.

Неблагоприятные условия развития организма характерны для зон пессимума (от лат. pessimum - причинять вред, терпеть ущерб). Они располагаются вблизи точек минимума и максимума (зоны 2), за которыми условий для существования организма нет, в этих зонах (зона 3) значения тех же параметров оказывают факторное воздействие на организм. В этих зонах отсутствуют условия для поведения. Организм определенным образом приспосабливается к существованию в неблагоприятных условиях. В нем биохимические процессы изменяются так, что до минимума снижается уровень метаболизма и скорость процессов. В зависимости от количества внутренних ресурсов организм может существовать в неблагоприятных условиях разное время.

Кривая Гаусса характеризует взаимодействие организма с любым из абиотических условий.

Размах адаптируемых изменений параметра условия определяется как экологическая валентность вида к данному процессу. Организмы разных видов могут иметь широкий или узкий диапазон приспособлений к абиотическим условиям. Виды, характеризующиеся узким диапазоном значений параметров условий, называются стенобионтными (стенобионты). Виды, которые имеют широкий диапазон приспособлений к изменениям параметров условий, называются эврибионтными (эврибионты). Эти термины характеризуют устойчивость вида к изменениям комплекса параметров условий.

В случае конкретного условия мы говорим, например, об эври- и стеногалинных формах – это виды соответственно устойчивые или неустойчивые к колебаниям солености среды. Так, стеногалинны земноводные и многие пресноводные беспозвоночные, эвригалинны рачки Chydorus sphaericus, проходные рыбы и некоторые другие животные, обитающие не только в пресных, но также в солоноватых и морских водах.

Экологическая валентность как видовое свойство эволюционно формируется в качестве приспособления к той степени колебаний значений параметра данного процесса, которая свойственна естественным местам обитания вида. Если различные популяции одного вида занимают пространства, отличающиеся по диапазону колебаний параметров условий, то они тоже будут отличаться экологической валентностью.

По каждому экологическому условию организмы конкретного вида имеют свою широту значений параметра, к которой они приспособлены. Виды с широкими диапазонами значений параметров условий характеризуются большой экологической валентностью. Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Соответственно есть виды с узкой экологической валентностью. Стенобионтность ограничивает ареалы. Но благодаря высокой специализации, стенобионты по одному из параметров могут находить для себя условия в разных биотипах, и в этих случаях им принадлежат обширные территории. Например, скопа – стеофаг, но эврибионт по отношению к другим условным процессам, поэтому имеет большой ареал.

Помимо величины экологической валентности виды (и популяции одного вида) могут отличаться местоположением оптимума на шкале изменений значений параметра внешнего процесса. Организмы, обитающие в среде с высокими значениями параметра процесса, обознаются окончанием «-фил» (от греч. «люблю»). Виды, обитающие в условиях с низкими значениями параметра процесса, обозначаются окончанием «-фоб» (от греч. «страх»).

Рис. 2 Отношение организмов к различным значениям параметра условия

В среде на любой организм действует совокупность процессов. При этом для каждого организма существуют ведущие или главные условия, и фоновые (неглавные). В онтогенезе ведущие условия изменяются. Ведущее условие может быть неодинаковым у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Например, активность комаров, мошек в теплых районах определяется световым режимом, а на севере – условиями теплообмена.

Сочетание оптимальных значений параметров всех условных для организма процессов в природе практически не встречается, поэтому организм затрачивает какую-то часть ресурсов на работу адаптивных механизмов. Для нормальной жизнедеятельности любого организма в зоне оптимума должны находиться значения параметров ведущих процессов, а в зоне нормы - фоновых. В природе обычно не реализуется физиологический оптимум, который характеризуется сочетанием оптимальных значений всех параметров ведущих экологических условий для данного вида; а реализуется э кологический оптимум – это наиболее благоприятное для вида сочетание всех значений параметров внешних условий среды.

Набор экологических валентностей вида характеризует его экологический спектр. Чем шире экологический спектр вида, тем больше его экологическая валентность, тем шире ареал его распространения.

Процессы во внешней среде оказывают взаимосвязанное влияние на живой организм. Это реализуется через согласованное изменение их параметров.

Для практических представлений об условиях существования данного вида важно:

1. что на организм действует комплекс процессов;

2. они имеют не одинаковую значимость для организма. Причем важно, чтобы не только значения параметров ведущих процессов находились в зоне оптимума …

В 1840г. немецкий химик Ю. Либих, разрабатывая систему применения минеральных удобрений, сформулировал правило минимума, в соответствии с которым «возможность существования данного вида в определенном районе и степень его «процветания» зависят от веществ, представленных в наименьшем количестве». В 1909 г. Ф.Блекман сформулировал закон лимитирующих (ограничивающих) факторов, указав на ограничивающее действиеминимальных значений параметров процессов на организм. (В представляемой здесь концепции речь идет о лимитирующих условиях.)

Следует иметь в виду избирательное действие любого процесса на разные функции организма: оптимальные значения параметра для одних процессов (например, дыхания) не являются оптимальными для других (например, питания).

В 1913 г. В.Шелфорд уточнил, что ограничения для организма могут быть не только со стороны минимальных, но и максимальных значений параметра. Зона между точками минимума и максимума называется зоной толерантности или устойчивости. Она характеризует любой параметр условного процесса для каждого вида.

Толерантность по отношению к данному диапазону параметра процесса и положение зоны оптимума могут быть различными для различных физиологических и экологических функций организма. Например, воздействие температуры от 40 до 45^оС у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность.

Как приспособление к лимитирующим условиям в эволюции сформировались специальные формы поведения – такие, как солонцевание, водопойные миграции и прочие. Общий характер активности нередко также «программируется» действием лимитирующих условий: зимняя и летняя спячка, перерыв суточной активности в жаркие часы суток.

Толерантность организма по отношению к одному и тому же процессу зависит от пола и возраста. Например, у мельничной огневки (вредитель зерновых продуктов) критической минимальной температурой для взрослых особей является -22, для гусениц -7, для яиц -27 ^оС. Границы экологической толерантности характеризуют не биологические виды, а отдельные их географические популяции.

Разные процессы, взаимодействуя друг с другом, могут оказывать замещающее действие на организм. Например, японские макаки – наиболее северные представители обезьян - зимой греются в гейзерах, тем самым экономят ресурсы, которые требуются на терморегуляцию и могут меньше есть и меньше тратить энергии на пищедобывание в отсутствии достаточного количества корма. Это действие не абсолютно, а относительно и связано с тем, что часть процессов для организма может быть одновременно и ресурсными и условными, при этом происходит взаимодействие параметров разных процессов, а не замещение одного процесса другим.

По отношению к экологическим условиям организмы делятся на:

1. пойкилофакторные – организмы, которые не могут поддерживать постоянство значений параметров внутренней среды. Значения параметров внутренних процессов у них незначительно отличаются от значений параметров процессов внешней среды (пойкилотермные – холоднокровные животные, пойкилогидричные – лишайники);

2. гомойофакторные – организмы, которые способны поддерживать внутренние условия, соответствующие процессам их существования. Параметры относительно зависят от параметров внешней среды (гомойотермные – теплокровные).

Это деление обусловливается двумя стратегиями приспособления живых систем, которые связаны с возможностями затраты ресурсов на поведение. 1. У пойкилофакторных организмов затраты внутренних ресурсов на поведение не могут быть большими в связи с низкой эффективностью их добывания, что обусловлено внутренним строением организмов на конкретном уровне организации живого. 2. Для гомойофакторных характерна гиперинтенсификация обмена в связи с эффективностью добывания ресурсов (на 1-2 порядка больше, чем в предыдущей группе).

Дата добавления: 2013-12-12