Реакция организмов на изменения уровня экологических факторов

Оптимальное воздействие на разные организмы один и тот же фактор может оказывать при различных значениях. Так, одни растения предпочитают очень влажную почву, а дру­гие — относительно сухую. Некоторые животные любят сильную жару, иные лучше переносят умеренную температуру среды и т. д.

Кроме того, живые организмы делят на способных сущест­вовать в широком или узком диапазонах изменения какого-либо фактора среды. К каждому экологическому фактору орга­низмы приспосабливаются относительно независимым путем. Организм может иметь приспособленность к узкому диапазону одного фактора и к широкому диапазону — другого. Для орга­низма имеет значение не только амплитуда, но и скорость ко­лебаний того или иного фактора.

Если влияние условий среды не достигает предельных значе­ний, живые организмы реагируют на него определенными дейст­виями или изменениями своего состояния, что в конечном итоге ведет к выживанию вида. Преодоление неблагоприятных воз­действий животными возможно двумя способами: 1) путем их избегания, 2) путем приобретения выносливости. Первый спо­соб используют животные, обладающие достаточной подвижно­стью, благодаря которой они мигрируют, строят убежища и т. п.

Требовательность и толерантность к факторам среды опре­деляет область географического распространения особей рас­сматриваемого вида вне зависимости от степени постоянства их обитания, т. е. ареал вида.

В основе ответных реакций растений лежит выработка приспособительных изменений их строения и процессов жиз­недеятельности. При ритмически повторяющихся климатиче­ских ситуациях растения и животные могут приспособиться путем выработки соответствующей временной организации жизненных процессов, в результате чего у них чередуются пе­риоды активного функционирования организма с периодами спячки (ряд животных) или с состоянием покоя (растения).

Изменчивость. Изменчивость — одно из главных свойств живого на различных уровнях его организации. Для каждого вида важна изменчивость составляющих его особей. Например, люди отличаются друг от друга ростом, телосложением, цветом глаз и кожи, проявляют различные способности. Аналогичная вну­тривидовая изменчивость присуща всем организмам: слонам, мухам, дубам, воробьям и прочим.

Особи любого вида различаются между собой внешними и внутренними признаками. Признак — любая особенность ор­ганизма как в его внешнем облике (размер, форма, окраска и т. п.), так и во внутреннем строении. Устойчивость к болез­ням, низким или высоким температурам, способность пла­вать, летать и прочее — все это признаки, многие из которых можно изменить или развить путем обучения или тренировки. Однако главное их свойство — генетическая, т. е. наследствен­ная, основа. Каждый организм появляется на свет с набором определенных признаков.

Проведенные исследования показали, что наследственная основа признаков любого вида закодирована в молекулах ДНК, т. е. в генах организма, совокупность которых называет­ся его генотипом. Генотип практически всех организмов, включая человека, представлен не одним, а двумя наборами генов. Рост тела сопровождается делением клеток, в ходе кото­рого каждая новая клетка получает точную копию обоих набо­ров генов. Однако последующему поколению передается лишь по одному набору от каждого из родителей, и поэтому у детей возникают новые комбинации генов, отличные от родитель­ских. Таким образом, все потомки, а следовательно, и особи вида (за исключением однояйцовых близнецов) отличаются своими генотипами.

Генетическая изменчивость — основа наследственной изменчивости признаков. Еще один источник наследственной изменчивости — мутация ДНК, затрагивающая любой ген или группу генов.

Различия, возникающие в результате обучения, трениров­ки или просто травмы, являются развитием какого-либо врож­денного признака, но не меняют его генетической основы.

Если наследственная изменчивость при половом размно­жении неизбежна, то при бесполом воспроизводстве особей, т. е. при клонировании, наблюдается иная картина. Так, при черенковании растений новый организм появляется в результате простого клеточного деления, сопровождающего­ся точным копированием родительской ДНК. Поэтому все осо­би клона (за исключением мутантов) генетически идентичны.

Генофонд — совокупность образцов генов всех особей некото­рой группы организмов одного вида. Генофонд вида непостоянен, он может меняться от поколения к поколению. Если особи, обладающие редкими признаками, не размножаются, то часть генофонда сокращается.

В природе постоянно идет изменение генофонда вида путем естественного отбора, являющегося основой процесса эволюции. Каждое поколение подвергается отбору на выжива­емость и воспроизведение, поэтому практически все признаки организмов в той или иной мере служат выживанию и воспро­изведению вида.

Однако генофонд можно изменить и целенаправленно с по­мощью искусственного отбора. Современные породы домаш­них животных и сорта культурных растений были выведены из диких предков именно так. Также возможно вмешательство в генофонд при скрещивании близкородственных видов (не­близкородственные виды не дают потомства). Этот метод назы­вают гибридизацией, а потомков — гибридами.

Последние достижения науки связаны с разработкой тех­нологии генной инженерии, заключающейся в получении спе­цифических генов (отрезков ДНК) одного вида и введении их другому виду непосредственно без скрещивания. Это позво­ляет гибридизировать любые виды, не только близкородствен­ные, и потому вызывает серьезные споры из-за непредсказу­емости конечных результатов такого радикального вмеша­тельства в генофонды живых существ.

ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ

Популяция — это совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется обмен генетической информацией (панмиксия).

У растений совокупность индивидуумов одного вида среди особей других видов называют ценопопуляцией.

Таким образом, популяция представляет собой форму су­ществования вида, обеспечивающую приспособленность его к конкретным условиям среды. Все живые организмы существуют только в форме популяций.

Численность популяций может резко меняться по сезонам и годам. Известно массовое размножение в некоторые годы лемингов (мелких грызунов), саранчи, болезнетворных микро­бов, божьих коровок. У видов животных и растений с большой продолжительностью жизни и малой плодовитостью числен­ность популяции более устойчивая. У насекомых и мелких растений на открытых пространствах она нередко составляет сотни тысяч и миллионы особей.

Популяция обладает не только биологическими свойства­ми составляющих ее организмов, но и собственными, прису­щими только группе особей в целом. Рождаемость, смерт­ность, возрастная структура, плотность населения и другие свойства могут иметь смысл только на групповом уровне. Ос­новными экологическими характеристиками популяции счи­таются:

• величина по занимаемому пространству и по численнос­ти особей;

• структура возрастная, половая, пространственная, экологическая и др.;

• динамика.

Имея дело с растениями, особенно культурными, целесо­образно, а иногда и проще учитывать биомассу, а не число особей.

Минимальный размер для самовоспроизводства на протя­жении разных поколений подразумевает численность, доста­точную для выживания популяции при резких ее изменениях.

Под численностью популяции понимают эффективную ве­личину численности, т. е. число размножающихся животных, которое всегда меньше общего числа особей, составляющих по­пуляцию.

Размер популяции (популяционные законы)

Численность популяции не произвольна даже при по­стоянной средней продолжительности жизни, а изменяется в пределах определенного диапазона. В соответствии с правилом максимума размера колебаний плотности популяционного населения Ю. Одума, существуют определенные верхние и нижние пределы для размеров плотности (численности) популяции, кото­рые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длитель­ного отрезка времени в условиях стабильности среды обитания.

К. Фридерихсом (1927) была сформулирована теория биоценотической регуляции численности популяции:регулирование численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической сре­ды в местообитании вида.

Размеры популяции возрастают в результате иммиграции из соседних популяций и (или) за счет размножения особей. Общая численность и плотность населения популяций регули­руется правилом максимальной рождаемости (воспроизвод­ства): в популяции имеется тенденция к образованию теорети­чески максимально возможного количества новых осо­бей.

Максимальную рождаемость достигают в идеальных ус­ловиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические фак­торы, и размножение ограничено лишь физиологическими особенностями вида. Обычно существует экологическая или реализуемая рождаемость, возникающая в обычных или спе­цифических условиях среды.

С другой стороны, размеры популяции уменьшаются в ре­зультате эмиграции и (или) смертности. Таким образом,

изменение численности популяции = (рождаемость + иммиграция) - (смертность + эмиграция).

Для стабильных популяций справедливо утверждение, что в них «рождаемость уравновешена смертностью». Один из ос­новных факторов, влияющих на размеры популяции, — это процент особей, погибающих до достижения половозрелого возраста.