5. Экологические факторы
Среда, окружающая живые организмы, обладает широчайшим разнообразием, которое составляет совокупность экологических факторов.
Экологические факторы ‒ элементы среды, которые воздействуют на живые организмы.
Их можно разделить на два типа:
факторы неживой природы ‒ абиотические
факторы живой природы ‒ биотические
Важнейшими абиотическими факторами являются почва, свет, температура окружающей среды, влажность местности.
Почва. Почва образуется при разрушении горных пород веществами, которые в основном поставляют погибшие растения. В образовании почвы важную роль играют климат местности, рельеф, характер горных пород, деятельность живых организмов и продолжительность времени. Питательные вещества и структура почвы обеспечивают развитие растений. В почве должны содержаться необходимые для растений химические элементы и вещества, а также достаточное количество влаги.
Свет. Свет – необходимое условие протекания всех процессов на Земле, связанных с жизнью. И, прежде всего, без него невозможен фотосинтез, который дает начало преобразованиям энергии Солнца в пищевых цепях.
Температура окружающей среды. У каждого организма есть узкие температурные границы, внутри которых он способен существовать, расти и размножаться. Например, арктические мухи Аляски способны жить даже при температуре – 60°С, а в гейзерах на территории Америки обитают зеленые стрекозы, выдерживая температуру до + 40°С. При температурах ниже границы существования организма начинают замерзать и поэтому разрушаться клетки. При температурах, превышающих эту границу, происходит денатурация белков, которая также приводит организм к гибели.
Влажность местности. Вода – важнейшее вещество в клетках живых организмов. Поэтому влажность местности является важнейшим абиотическим фактором. Она зависит от температуры, количества выпадаемых осадков и солнечного света. Например, на склонах Гавайев в течение года выпадает всего около 7 мм осадков. Живущее там растение «серебряный меч» несколько лет накапливает воду для цветения.
Важными абиотическими факторами являются ветер, атмосферное давление, соленость воды и другие.
Биотические факторы – типы взаимоотношений между живыми организмами ‒ также весьма разнообразны. Наиболее характерные отношения ‒ между хищниками и жертвами. Некоторые виды могут питаться остатками пищи других, использовать чужие норы и гнезда. Возможны нейтральные отношения между животными. Например, белка и паук могут жить на одном дереве, не мешая и не помогая друг другу. Некоторые виды птиц в одном и том же месте строят гнезда для совместной защиты от хищников.
Важнейший биотический фактор ‒ антропогенный – вызванный деятельностью человека.
Как правило, в природе экологические факторы действуют совместно.
6. Экологические системы
Элементарной единицей биосферы является экологическая система. В нее поступают солнечный свет, вещества из почвы, газы из атмосферы, вода в виде дождя, снега. Живые вещества выделяют теплоту, кислород, углекислый газ, продукты жизнедеятельности.
Экологические системы устойчивы. Если какой-либо вид исчезает, его место занимает другой вид, близкий ему по роду.
Живая часть экосистемы представляет собой совокупность организмов, которые условно можно разделить на три большие группы.
1. Производители преобразуют неорганические вещества в органические. К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, некоторые виды бактерий.
2. Потребители используют готовые органические вещества. Потребители первого порядка ‒ травоядные животные ‒ питаются веществами растительного происхождения. Потребители высших порядков ‒ плотоядные животные ‒ с пищей получают вещества животного происхождения.
3. Разрушители разлагают останки мертвых организмов до простых органических и неорганических веществ. К ним относятся многие виды бактерий и грибов. Они тоже являются гетеротрофами.
Рис. 49. Трофические уровни5.
Растениям не нужны живые организмы для строительства своего тела. Поэтому их называют также автотрофами, что буквально переводится как «самопитающиеся». Они используют энергию солнечного света, чтобы из неорганических веществ создавать органические, поэтому и называются производителями, или продуцентами. Большая группа организмов не способна извлекать энергию и строить свое собственное тело только из неорганических веществ. Эти организмы питаются растениями и поэтому их называют потребителями первого порядка. К ним относятся белки, зайцы, грызуны и т.д. и т.п. Волки, лисы, совы и множество других хищников, которые их поедают, ‒ потребители второго порядка. Таких порядков может быть несколько, причем, во всех стихиях, где царит жизнь. Потребители называются также гетеротрофами, что означает – «питающиеся другими», а также консументами6. Разрушители разлагают мертвые останки и продукты жизнедеятельности живых организмов на воду, углекислый газ (СО2) и минеральные удобрения и тем самым замыкают трофические цепи. Таким образом, в экологических системах от одних звеньев трофических цепей к другим циркулируют питательные вещества и энергия. Следует иметь в виду, что передача энергии осуществляется практически в одном направлении ‒ от автотрофов к гетеротрофам.
Виды приспосабливается и к определенной пище, и к тому, чтобы быть съеденными. Второе кажется парадоксальным. Но в подтверждение можно привести пример. Как удав переваривает целиком проглоченного кролика? Оказывается, что главная роль в этом принадлежит лизосомам клеток самого кролика. Лизосомы – органеллы эукариотических клеток, которые расщепляют белки, нуклеиновые кислоты и другие сложные вещества на более простые. Соляная кислота желудка удава проникает в клетки кролика и разрушает оболочку лизосом, выпуская в цитоплазму особые ферменты, которые разрушают белки в клетках кролика. По существу, тело кролика сначала переваривается собственными ферментами, а затем его усваивает организм удава7.
Если какая-либо популяция достигает состояния, при котором возможно ее уничтожение, то в клетках составляющих ее организмов включаются механизмы, которые вырабатывают повышенное количество половых гормонов, выше обычного возрастает плодовитость самок. Такие меры способствует скорейшему восстановлению популяции.
Напротив, когда численность популяции избыточно, между организмами учащаются конфликты, стрессовые ситуации. Поэтому возрастает гибель от ран, полученных в столкновениях с конкурентами своего же вида. Также падает плодовитость самок, рождается больше организмов, страдающих отклонениями от нормы.
В развивающейся экологической системе низкоорганизованные виды постепенно заменяются высокоорганизованными. Наиболее яркий пример являет пустое поле. Сначала оно зарастает сорняками, впоследствии их вытесняют цветы. Затем помимо цветов начинают расти сначала кустарники, а потом и деревья. Растительность становится все более разнообразной. На месте прежде пустого поля вырастает густой лес.
Одним из свойств экологических систем является их устойчивость ‒ способность противодействовать разрушительным воздействиям. Если в экосистеме цепи питания длинные, то погибшую популяцию могут заменить другие, близкородственные. Длинные цепи возникают в экосистемах с большим биологическим разнообразием.
Более разнообразные экологические системы являются и более устойчивыми.