Экологические факторы, их влияние на организмы

Температурные, физико-химические, биологические элементы среды обитания, оказывающие постоянное или периодическое, прямое или косвенное влияние на организмы и популяции, называют экологическими факторами.

Экологические факторы подразделяют следующим образом:

• абиотические — температурные и климатические условия, влажность, химический состав атмосферы, почвы, воды, освещенность, особенности рельефа;

• биотические — живые организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности;

• антропогенные — человек и непосредственные продукты его хозяйственной и иной деятельности.

Основные абиотические факторы

1. Солнечная радиация: ультрафиолетовые лучи губительны для организма. Видимая часть спектра обеспечивает фотосинтез. Инфракрасные лучи повышают температуру окружающей среды и тела организмов.

2. Температура влияет на скОрость реакций обмена веществ. Животных с постоянной температурой тела называют гомойотермными, а с переменной — пойкилотермными.

3. Влажность характеризуется количеством воды в среде обитания и внутри организма. Адаптации животных связаны с добыванием воды, запасанием жира как источника воды при окислении, с переходом к спячке в жару. У растений развиваются корневые системы, утолщается кутикула на листьях, уменьшается площадь листовой пластинки, редуцируются листья.

4. Климат — совокупность факторов, характеризующихся сезонной и суточной периодичностью, обусловленной вращением Земли вокруг Солнца и собственной оси. Адаптации животных выражаются в переходе к спячке в холодное время года, в оцепенении у пойкилотермных организмов. У растений адаптации связаны с переходом в состояние покоя (летнего или зимнего). При больших потерях воды ряд организмов впадает в состояние анабиоза — максимального замедления процессов обмена веществ.

5. Биологические ритмы — периодические колебания интенсивности действия факторов. Суточные биоритмы определяют внешние и внутренние реакции организмов на смену дня и ночи

Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости или выходит за них, называют ограничивающим.

Организмы, способные существовать в широких пределах колебания фактора, называют эврибионтами. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения.

Организмы, обитающие в условиях постоянства какого-либо фактора или их совокупности, называют стенобионтами. Например, паразиты или симбионты. Арейл таких организмов ограничен.

Интенсивность фактора минимальная оптимальная максимальная

Рис. 23. Действие экологического фактора на живые организмы: А — общая схема; Б — схема для теплокровных и холоднокровных животных

Основные биотические факторы

Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения соответственно подразделяют на внутривидовые и межвидовые.

Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку, а также в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.

Межвидовые отношения:

• мутуализм — форма взаимовыгодных симбиотических отношений двух популяций разных видов;

• комменсализм — форма симбиоза, при которой отношения выгодны преимущественно для одного из двух видов, обитающих совместно (рыбы лоцманы и акулы);

• кооперация — взаимовыгодное, но необязательное совместное существование двух видов (птицы, поедающие паразитов на шерсти копытных животных);

• паразитизм — форма межвидовых отношений, при которых один вид (паразит) получает пищу из организма другого вида (хозяина);

• хищничество — отношения, при которых особи одного вида убивают и поедают особей другого вида.

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется практически на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.

Биогеоценоз

Биогеоценоз — совокупность совместно обитающих и взаимодействующих между собой и с неживой природой популяций разных видов, образующих сложную, саморегулирующуюся систему в относительно однородных условиях среды. Термин введен В.Н. Сукачевым.

В состав биогеоценоза входят: биотоп (неживая часть среды) и биоценоз (все виды организмов, населяющие биотоп).

Совокупность растений, обитающих в данном биогеоценозе, принято называть фитоценозом, совокупность животных — зооценозом, совокупность микроорганизмов — мик-робоценозом.

Характеристика биогеоценоза:

• биогеоценоз имеет естественные границы;

• в биогеоценозе взаимодействуют все экологические факторы;

• для каждого биогеоценоза характерен определенный круговорот веществ и энергии;

• биогеоценоз относительно устойчив во времени и способен к саморегуляции и саморазвитию в случае однонаправленных изменений биотопа. Смену биоценозов называют сукцессией.

Структура биогеоценоза:

• продуценты — растения, производящие органические вещества в процессе фотосинтеза;

• консументы — потребители готового органического вещества;

• редуценты — бактерии, грибы, а также питающиеся падалью и навозом животные, — разрушители органических веществ, преобразующие их в неорганические.

Перечисленные компоненты биогеоценоза составляют трофические уровни, связанные обменом и переносом питательных веществ и энергии.

Организмы разных трофических уровней образуют пищевые цепи, в которых вещества и энергия ступенчато передаются с уровня на уровень. На каждом трофическом уровне используется 5—10% энергии поступившей биомассы.

Пищевые цепи обычно состоят из 3—5 звеньев, например: растения—корова—человек; растения—божья коровка—синица—ястреб; растения—муха—лягушка—змея—орел.

Масса каждого последующего звена в пищевой цепи уменьшается примерно в 10 раз. Этo правило называют правилом экологической пирамиды. Соотношения энергетических затрат могут отражаться в пирамидах чисел, биомассы, энергии.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимися сельским хозяйством, называют агроценозами. Они обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, так как зависят от внимания к ним человека.

Биосфера

Существуют два определения биосферы.

1. Биосфера — это населенная часть геологической оболочки Земли.

2. Биосфера — это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяются активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов.

Биосфера согласно первому определению состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы — тропосферы. Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, верхняя граница которого находится на высоте 20 км, а нижняя — на глубине около 4 км.

Биосфера в соответствии со вторым определением включает всю атмосферу.

Учение о биосфере и ее функциях разработал академик В.И. Вернадский.

Биосфера — это область распространения жизни на Земле, включая живое вещество (вещество, входящее в состав живых организмов). Биокосное вещество — это вещество, не входящее в состав живых организмов, но формирующееся за счет их активности (почва, природные воды, воздух).

Живое вещество, составляющее менее 0,001% массы биосферы, является наиболее активной частью биосферы.

В биосфере происходит постоянная миграция веществ как биогенного, так и абиогенного происхождения, в котором живые организмы играют основную роль. Круговорот веществ определяет устойчивость биосферы.

Основным источником энергии для поддержания жизни в биосфере является Солнце. Его энергия преобразуется в энергию органических соединений в результате фотосинтетических процессов, происходящих в фототрофных организмах. Энергия накапливается в химических связях органических соединений, служащих пищей растительноядным и плотоядным животным. Органические вещества пищи разлагаются в процессе обмена веществ и выводятся из организма. Выделенные или отмершие остатки, в свою очередь, разлагаются бактериями, грибами и некоторыми другими организмами. Образовавшиеся химические соединения и элементы вовлекаются в круговорот веществ.

Биосфера нуждается в постоянном притоке внешней энергии, так как вся химическая энергия превращается в тепловую.

Функции биосферы:

• газовая — выделение и поглощение кислорода и углекислого газа, восстановление азота;

• концентрационная — накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;

• окислительно-восстановительная — окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена;

• биохимическая — реализуется в процессе обмена веществ.

• энергетическая — связана с использованием и преобразованием энергии.

В результате биологическая и геологическая эволюции происходят одновременно и тесно взаимосвязаны. Геохимическая эволюция происходит под влиянием биологической эволюции.

Масса всего живого вещества биосферы составляет ее биомассу, равную примерно 2,4-1012 т.

Организмы, населяющие сушу, составляют 99,87% от общей биомассы, биомасса океана — 0,13%. Количество биомассы увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса (Б) характеризуется:

а) продуктивностью — приростом вещества, приходящегося на единицу площади (П);

б) скоростью воспроизведения — отношением продукции к биомассе за единицу времени (П/Б).

Самыми продуктивными являются тропические и субтропические леса.

Часть биосферы, находящуюся под влиянием активной деятельности человека, называют ноосферой — сферой человеческого разума. Термин предполагает разумное влияние человека на биосферу в современную эпоху научно-технического прогресса. Однако чаще всего это влияние губительно для биосферы, что в свою очередь губительно для человечества.

Круговорот веществ и энергии в биосфере обусловлен жизнедеятельностью организмов и является необходимым условием их существования. Круговороты не замкнуты, поэтому химические элементы накапливаются во внешней среде и в организмах.

Углерод поглощается растениями в процессе фотосинтеза и выделяется организмами в процессе дыхания. Он также накапливается в среде в виде топливных ископаемых, а в организмах — в виде запасов органических веществ.

Азот превращается в соли аммония и нитраты в результате деятельности азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Затем после использования соединений азота организмами и денитрификации редуцентами азот возвращается в атмосферу. Сера находится в виде сульфидов и свободной серы в составе морских осадочных пород и почвы. Превращаясь в сульфаты в результате окисления серобактериями, она включается в ткани растений, затем вместе с остатками их органических соединений подвергается воздействию анаэробных редуцентов. Образовавшийся в результате их деятельности сероводород снова окисляется серобактериями.

Фосфор содержится в составе фосфатов горных пород, в пресноводных и океанических отложениях, в почвах. В результате эрозии фосфаты вымываются и в кислой среде переходят в растворимое состояние с образованием фосфорной кислоты, которая усваивается растениями. В тканях животных фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, костей. В результате разложения редуцентами остатков органических соединений он снова возвращается в почвы, а затем в растения.