Влияние факторов окружающей среды

Организмы, являющиеся частью экосистем, постоянно испытывают влияние как абиотических факторов среды (неживой природы), так и биотические воздействия со стороны живой природы.

Абиотические факторы среды.Влияние этих факторов определяется интенсивностью действия на живую материю, поэтому оно может быть как оптимальным, так и ограничивающим развитие экосистем.

Среди абиотических факторов в первую очередь следует назвать воздействие температуры, поскольку большинство видов живых организмов может существовать только в узком диапазоне температур. Хотя споры микроорганизмов выдерживают охлаждение до – 200°С, а некоторые виды бактерий и водорослей могут жить при температуре +88°С, но, как правило, оптимальной для организмов является температура 15–30°С.

Различают организмы с непостоянной температурой тела, зависящей от температуры окружающей среды (пойкилотермные организмы) и организмы с постоянной температурой (гомо-термные).

Пойкилотермные организмы больше реагируют на изменение температуры окружающей среды: при повышении их жизненные процессы интенсифицируются, при понижении они впадают в спячку. Поэтому в природе существует много механизмов для борьбы с охлаждением или перегревом. Их демонстрируют растения, пресмыкающиеся, земноводные.

Очень важным фактором среды является свет, который поступает на Землю в основном в виде видимого света, инфракрасного излучения и ультрафиолетовых лучей. Наибольшее влияние оказывает видимый свет, так как он способен проникать через плотные облака и воду. Поэтому фотосинтез идет и в пасмурную погоду, и под слоем воды. Тем не менее, на синтез биомассы расходуется не более 1% приходящей солнечной энергии. Инфракрасные лучи повышают температуру тканей растений и животных, хорошо поглощаются объектами неживой природы (особенно водой). Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах нужны животным и человеку, так как под их воздействием образуется витамин D, а насекомые способны видеть эти лучи и пользуются этим для ориентации на местности.

Для организмов очень важна продолжительность воздействия света – фотопериод, представляющий своеобразный механизм, включающий физиологические процессы – рост, цветение, плодоношение и сбрасывание листьев у растений; линька, накопление жира, миграции и размножение у птиц и млекопитающих. Таким путем регулируются сезонные изменения. Не менее важен и суточный цикл, связанный со сменой дня и ночи, которой определяет циркадные ритмы живых организмов и работу «биологических часов».

Необходимым компонентом живой клетки является вода, поэтому влажность во многом определяет характер флоры и фауны в каждой местности. Избыток воды приводит к развитию болотной растительности, ее недостаток (менее 250 мм) – к формированию пустынного ландшафта. Если осадки в .течение года распределяются неравномерно, то живым организмам приходится приспосабливаться к длительной засухе. Помимо сезонных колебаний влажности существуют ее суточные колебания, регулирующие активность организмов. Влажность важна тем, что корректирует влияние температуры. Влияние температуры на живые организмы возрастает с понижением или повышением влажности.

Растения, обитающие в засушливых зонах, приспособились к неблагоприятным условиям. У них развита мощная корневая система, уменьшена листовая пластинка, а у некоторых растений (как, например, у саксаула) листья как таковые отсутствуют. Они способны запасать большое количество воды в тканях и экономно ее расходовать.

Животные, обитающие в пустынях, также адаптировались к недостатку влаги. Так, мелкие животные (грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) приспособились извлекать воду из пищи, а верблюды накапливают воду в связанном виде в жире, хранящемся в горбу. В жаркое время многие животные впадают в спячку.

Неоднозначное влияние на живые организмы оказывает ионизирующее излучение, обладающее высокой энергией и приводящее к образованию ионов. Его источником являются радиоактивные вещества содержащиеся в горных породах, космическое излучение. Они образуют так называемое фоновое излучение, к которому приспособлены все живущие на Земле организмы. Уровень этого излучения варьируется в разных местах, различаясь в 3–4 раза. В последнее время все большее воздействие стала оказывать техногенная деятельность человека – использование атомной энергии.

Считается, что наибольшее воздействие ионизирующее излучение оказывает на высокоразвитые организмы. Особенно чувствительны к нему млекопитающие (и человек), так как даже низкие дозы приводят к повреждению костного мозга, пищеварительного тракта. Считается, что любое повышение уровня излучения в среде над фоновым или даже высокий естественный фон может повысить частоту вредных мутаций.

С техногенной деятельностью человека связано и загрязнение окружающей среды различными веществами – отходами человеческой деятельности. Среди них есть как природные соединения, образующиеся в виде отходов производства (углекислый газ, оксиды азота, углерода, сернистый ангидрид, соединения металлов и т.д.), так и искусственные соединения, не встречающиеся в природе (пестициды, антибиотики, пластмассы и т.д.).

Все эти соединения обладают определенной токсичностью для человека, изменяют состав и структуру почвы, воды, изменяют соотношение элементов в почве и воде, что приводит к ухудшению условий развития растений и животных.

Помимо названных нами абиотических факторов среды также следует упомянуть о силе тяготения, солевом составе океана, газовом составе и свойствах атмосферы. Данные факторы остаются стабильными на протяжении длительного времени. Но большинство факторов меняются по силе действия на организм – можно выделить сезонные и суточные изменения, к которым живые организмы приспособлены, а также нерегулярные (бури, ливни и т.д.) и направленные (при трансформации климата) изменения.

Все живые организмы приспосабливаются к определенным условиям среды обитания, вырабатывая морфологические и физиологические особенности. Для каждого влияющего на организм фактора существует благоприятная сила воздействия – его оптимум. Отклонение от оптимума угнетает жизнедеятельность, а при переходе через верхний и нижний пределы выносливости приводит к гибели организма.

Отклонение интенсивности какого-то одного фактора от оптимума может сузить пределы выносливости к другому фактору. Фактор, находящийся в недостатке или избытке по сравнению с оптимальной величиной, называются ограничивающим фактором, так как он делает невозможным процветание вида в данных условиях. На существование этого фактора указал немецкий химик Ю. Либих, поэтому данное правило носит его имя. Позже оно было расширено А. Мичерлихом, продуктивность биологической системы определяется всей совокупностью действующих экологических факторов.

Биотические факторы среды.Помимо абиотических факторов окружающей среды живые организмы испытывают на себе влияние со стороны других живых организмов. Оно проявляется как суммарное воздействие нескольких связанных между собой факторов.

Прежде всего, следует отметить видовое разнообразие биоценозов. Ведь каждый организм живет в окружении множества других организмов и вступает с ними в постоянные контакты с целью питания и размножения, но с риском погибнуть при этом самому. В состав любого биоценоза всегда входит множество (до нескольких тысяч) видов самого разного уровня организации – от бактерий до позвоночных. Их взаимоотношения в первую очередь определяются трофическими связями.

Поэтому следующий фактор – это цепи питания, представляющие собой ряд взаимосвязанных видов. При этом каждый предыдущий служит пищей последующему. Можно сказать, что пищевая цепь представляет собой перенос энергии от ее источника – растений – через ряд организмов путем поедания одних видов другими. В основе всех цепей питания лежат зеленые растения, ими питаются насекомые и позвоночные животные, а те в свою очередь служат пищей потребителям второго, третьего и других порядков. При этом наблюдается общая закономерность: количество особей, включенных в пищевую цепь, последовательно уменьшается. Подобная закономерность объясняется тем, что в каждом звене пищевой цепи теряется до 80–90% энергии, рассеиваясь в форме теплоты. Это и ограничивает число звеньев в цепи (не более 3–5). В среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Они в свою очередь дадут материал для 10 кг тела хищников, а вторичные хищники построят лишь 1 кг своей биомассы. Данная закономерность носит название правила экологической пирамиды.

Следует отметить, что цепи питания в природе пересекаются, образуя сети питания, так как почти все животные используют в качестве пищи несколько разных источников. Ведь чем больше видовое разнообразие в биоценозе, тем он устойчивее. Так, лиса может съесть зайца, мышь, птицу. Есть лишь общая закономерность – в начале пищевой цепи всегда находятся растения, в конце – хищники. С каждым звеном в цепи организмы укрупняются, медленнее размножаются, их число уменьшается. Низшие звенья цепи, напротив, мелкие, быстро размножающиеся, существуют в большом количестве (мыши, насекомые и т.д.). Интересно, что в любую эпоху быстрее всего эволюционируют организмы, занимающие высший уровень в пищевых цепях: кистеперые рыбы – в девоне, стегоцефалы – в каменноугольном периоде, рептилии – в пермском периоде. Млекопитающие заняли высшую ступень лишь в конце мезозоя, после гибели динозавров, после чего и началась их быстрая эволюция. Биоценоз живет и развивается как целостная система. С течением времени менее устойчивые биоценозы сменяются более устойчивыми. На этот процесс влияют: развитие самого сообщества, которое стремится к становлению стабильных отношений между видами; изменение климатических условий; изменение физической среды обитания под влиянием жизни организмов сообществ.

Развитая стабильная экологическая система образует максимальную биомассу на единицу имеющегося потока энергии и наибольшее количество симбиотических связей между организмами. Так, на голых песках песчаных дюн вначале поселяются злаки, ивняк, норные пауки, кузнечики, роющие осы. Затем появляется сосна, лиственные породы. Постепенно более разнообразным становится животный мир. И наконец, развитие, начавшееся в сухом, бесплодном месте, заканчивается образованием влажного лиственного леса с мощной почвой и разнообразным животным миром.