1.2. Природная среда и закономерности действия экологических факторов

Среда и условия существования организмов

Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.

Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие - необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Условия жизни, или условия существования - это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни, обеспечивающая саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях - от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях вырабатывались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

В земных условиях живые организмы освоили четыре основное среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Первой по времени была водная среда, в которой возникла и распространилась жизнь на Земле. В последующие периоды эволюции жизни на Земле живые организмы овладели наземно-воздушной средой, постепенно создавая и заселяя почву (почвенная среда). Четвертой специфической средой жизни стали сами организмы (тело другого организма) тела которых использовались и используются паразитами или симбионтами.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4-5% связаны с белками). Многие химические реакции в клетках организмов являются ионными, поэтому протекают только в водной среде. Вода как реагент участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза. Водная среда остается средой обитания для многих водорослей, планктона, рыб, моллюсков и т.д.

Важнейшими характеристиками почвы как среды обитания являются: кислотность, содержание питательных элементов и органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.

По степени связи с почвой как средой обитания животных их объединяют в три группы:

• геобионты - животные, постоянно обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в почвенной среде;

• геофилы - животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз развития) обязательно проходит в почве;

• геоксины - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.

Жизнь и развитие практически всех растений на земле невозможны без почвы, из которой они забирают воду, минеральные вещества и в первую очередь - азот (N), фосфор (Р), калий (К).

В воздушной среде (без почвы) обитают животные, человек, микроорганизмы (в том числе вирусы). Воздушная среда - это коллоидная смесь ряда химических элементов.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например, силой и диапазоном действия.

Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

предпочитают очень влажную почву, другие - относительно сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т. д.

Наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект - пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост и будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому в данном случае целесообразнее говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможно развитие, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие жизнедеятельность организма, например максимальная и минимальная температуры пригодные для жизни, - это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним организмы испытывают все более нарастающий стресс, т. е. речь идет о стрессовых зонах или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости (рис. 1.2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но и в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 1.2. Воздействие экологического фактора на устойчивость организма

Подобные эксперименты можно провести и для проверки влияния других факторов. Результаты графически будут соответствовать кривой подобного же типа.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

При значении фактора, близком к пределам выносливости или толерантности организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В оптимальных условиях возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные дня жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей деятельности - скорости роста, выживаемости и т.п.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность.

Виды, способные существовать лишь при небольших отклонениях от оптимальной величины фактора, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора - широкоприспособленными. К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, нормальная жизнь которых сохраняется при низком содержании солей в среде. Для большинства обитателей морей, наоборот нормальная жизнедеятельность сохраняется при высокой концентрации солей в окружающей среде. Отсюда пресноводные и морские виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености. В то же время, например, трехиглой колюшке свойственна высокая экологическая пластичность, так как она может жить как в пресных, так и в соленых водах.

Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros - широкий): маловыносливые - стенобионтными (stenos - узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособленности организмов к выживанию. Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существующие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными (рис. 1.3).

Отношение организмов к колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

min max min max min max

Рис. 1.3. Экологическая пластичность организмов

эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и др. По отношению ко всем факторам среды эврибионтные-организмы встречаются редко. Чаще всего эври- или стенобионтность проявляется по отношению к одному фактору. Так, пресноводные и морские рыбы будут стеногалинными, тогда как ранее названная трехиглая колюшка – типичный эвригалинный представитель. Растение, являясь эвритермным, одновременно может относиться к стеногигробионтам, т е. быть менее стойким относительно колебаний влажности.