Действие экологических факторов на организм

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

· Монодоминантность — один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.

· Синергизм — взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.

· Антагонизм — взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.

· Провокационность — сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Влияние факторов также зависит от природы и текущего состояния организма, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие как на разные виды, так и на один организм на разных этапах онтогенеза: низкая влажность губительна для гидрофитов (водные растения, прикреплённые к грунту и погружённые в воду только ниж. частями. Обитают по берегам рек, озёр, прудов), но безвредна для ксерофитов (растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху («засухоустойчивые»). Ксерофиты составляют типичную флору пустынь и полупустынь...); низкие температуры без вреда переносятся взрослыми хвойными умеренного пояса, но опасны для молодых растений.

ОНТОГЕНЕЗ ( от греч. οντογένεση: ον — существо и γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомков: непродолжительные воздействия могут и не иметь никаких последствий, тогда как продолжительные через механизм естественного отбора ведут к качественным изменениям.

ПОНЯТИЕ О ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРАХ

В середине XIX в. немецкий ученый-агрохимик Ю. Либих изучал процессы питания растений и влияние разнообразных факторов и элементов питания на их рост. Он установил, что урожай культур зачастую ограничивается (лимитируется) не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах, например углекислым газом и водой (обычно эти вещества при­сутствуют в среде в изобилии), а теми, которые необходимы в минимальных количествах, но которых и в почве очень мало (например, цинк). Либих писал: «Веществом, находящимся в ми­нимуме, управляется урожай и определяется величина и устой­чивость последнего во времени».

В простейшем виде, применительно к конкретным опытам ученого, закон минимума Либиха гласит: рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном

количестве (минимуме). В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется са­мым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Закон минимума Либиха можно пояснить на таком примере. Пусть в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например бора или цинка. Рост растений на такой почве будет угнетен. Если добавить в почву нужное количество бора (цинка), то это приведет к увеличению урожая. Но если вносить любые другие химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже удастся добиться того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет отсутствовать, это не даст никакого эффекта.

При формулировании своих обобщений Либих пользовался определением «лимитирующий» по отношению к факторам сре­ды. В экологии под лимитирующим (ограничивающим) фактором понимается любой фактор, который ограничивает процесс раз­вития или существования организма, вида или сообщества. Им может быть любой из действующих в природе экологических факторов: вода, тепло, свет, ветер, рельеф, содержание в почве необходимых для жизнедеятельности растений солей и химиче­ских элементов, а в водной среде — химизм и качество воды, ко­личество доступного кислорода и углекислого газа. Такими факторами могут быть конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита.

Изучая лимитирующее действие экологических факторов на насекомых, американский зоолог В. Шелфорд пришел к выводу, что лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организ­ма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия. В экологии такое положение носит название закона толерантности Шелфорда, сформулированного им в 1913 г. Диа­пазон между минимумом и максимумом определяет величину выносливости организма, который можно характеризовать эко­логическим минимумом и экологическим максимумом (рис. 2). В этих пределах и может существовать данный организм.

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популя­ции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально И минимально переносимые значения фактора — это критиче­ские точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.

Рис. 2. Схема действия экологического фактора на растение: 1 — точка минимума; 2 — точка оптимума; 3— точка максимума

Для выражения степени толерантности в экологии используют термины с приставками стено- (узкий) и эври- (широкий). Ма­ловыносливые организмы, ограниченные каким-либо экологиче­ским фактором и способные обитать только в условиях устойчи­вого постоянства этого фактора, называют стенобионтами. К ним относятся многие паразиты, виды, обитающие в океанических глубинах, в пещерах, тропических лесах. Напротив, организмы, способные существовать при широких амплитудах изменчивости факторов окружающей среды, называют эврибионтами. К ним относятся многие наземные животные. Так, ареал обитания ли­сицы распространяется от лесотундры до степей.

Чтобы подчеркнуть отношение организма к конкретному фактору, используют термины, первая часть которых образована приставками стено- или эври-, а вторая содержит указание на

конкретный фактор, например: эвритермные организмы — имею­щие широкий температурный интервал (многие насекомые); стенотермные организмы — приспособившиеся к узкой ам­плитуде температур (для растений тропических лесов колеба­ния температуры в пределах 5...8 °С могут быть губительными) (рис. 3).

Рис. 3. Диапазон активности эвритермных и стенотермных организмов

Смысл закона толерантности вполне понятен. Упрощенно он может быть сформулирован так: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное. Из этого закона вытека­ет следствие: любой избыток вещества или энергии является за­грязняющим среду компонентом. Например, в засушливых об­ластях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель.

Итак, для каждого вида существуют пределы значений жиз­ненно необходимых факторов абиотической среды, которые ог­раничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой ор­ганизм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость орга­низма. Закон толерантности является одним из основополагаю­щих в современной экологии.

Дата добавления: 2014-01-07