4. Основные законы экологии

В 1840 году немецкий химик Юстус Либих (1803 – 1873) создал теорию минерального питания растений. Он утверждал, что развитие растений зависит не только от тех химических элементов или веществ, которых имеется в избытке, но и от тех, которых недостаточно. Например, обилие воды и азота не восполняет нехватку таких микроэлементов, как бор или железо. Либих сформулировал «закон минимума», который также называется «законом Либиха».

Закон минимума. При одновременном воздействии на организм нескольких факторов выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Иными словами, каждый организм может существовать, развиваться и размножаться, потребляя определенный минимум химических элементов и веществ. Снижение этого потребления неизбежно приведет к гибели организма. Поэтому для улучшения условий его жизни необходимо увеличивать количество тех микроэлементов и химических веществ, которых имеется минимальное количество. Разумеется, закон Либиха справедлив не только для растений.

В 1913 году американский ученый Виктор Эрнест Шелфорд (1877 – 1968) показал, что на жизнеспособность организма оказывает влияние не только недостаток какого-либо химического элемента или вещества, но также их избыток. Это утверждение получило название «закона лимитирующего фактора», или «закона толерантности». Толерантность ‒ способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

Закон толерантности. Существование вида определяется диапазоном минимального и максимального экологического воздействия.

Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха.

Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, которые получили название цепей питания. Каждое звено в такой цепи называется трофическим уровнем. При переходе с более низкого уровня на более высокий происходит потеря части энергии, поскольку каждый организм нуждается в энергии для жизнедеятельности.

Американский эколог Раймонд Линдеман (1915 – 1942) установил правило, которое называется также законом пирамиды энергий.

Закон пирамиды энергий. Только часть, приблизительно 10% энергии, поступившей на определенный трофический уровень, передается организмам, находящимся на более высоком уровне.

Например, если в какой-либо экологической системе членистоногие съедят 10 000 кг водорослей, то их биомасса – общая масса их тел – увеличится на 1 000 кг. Биомасса мелкой рыбы, которой эти членистоногие достанутся в пищу, возрастет на 100 кг. Хищная рыба, съев эту мелкую, увеличит свою биомассу на 10 кг. А человек, употребив в пищу уже хищную рыбу, станет тяжелее на 1 кг. Таким образом, можно условно изобразить пирамиду, в основании которой покоится 10 000 кг водорослей, а вершину венчает 1 кг массы человека. Мы видим, что в этой воображаемой пирамиде при переходе с более низкого на более высокий энергетический уровень теряется биомасса организмов – звеньев трофической цепи. А это означает соответствующую потерю энергии.

Обратный поток энергии, идущий от более высокого к более низкому уровню, значительно слабее и не составляет 0,5%. Поэтому круговорота энергии в биоценозе не происходит.

Советский микробиолог Георгий Францевич Гаузе (1910 – 1986) на основе экспериментов с простейшими сформулировал закон конкурентного исключения, или закон Гаузе.

Закон конкурентного исключения. Два вида не могут существовать на одной территории в одно и то же время, если их потребности полностью совпадают.

Такие виды должны разделяться в пространстве или во времени. Например, самые могучие хищники живут на разных континентах: лев обитает в Африке, а тигр – в Азии. Но от взаимных столкновений хищников может оберегать и время: ястреб охотится днем, а филин – ночью.