2.8 Реакция организмов на изменения уровня экологического фактора

Если влияние условий среды не достигает предельных значений, живые организмы реагируют на него определёнными действиями или изменениями своего состояния, что в конечном итоге ведёт к выживанию вида. Преодоление неблагоприятных воздействий животными возможно двумя способами: 1) путём их избегания, 2) путём приобретения выносливости.

В основе ответных реакций растений лежит выработка приспособительных изменений их строения и процессов жизнедеятельности.

Адаптация – эволюционно выработанная и наследственно закреплённая особенность живых организмов, обеспечивающая нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов.

Адаптации бывают разных типов.

1. Биохимические адаптации – это наследственно закреплённые изменения в обмене веществ организма.

2. Физиологические адаптации – это наследственно закреплённые изменения характера и скорости физиологических процессов.

3. Морфологические адаптации – это наследственно закреплённые изменения морфологических признаков.

4. Поведенческие (этологические) адаптации – это наследственно закреплённые различные формы поведения с целью приспособления к условиям среды.

Адаптация – приспособление организмов (и видов) к среде – фундаментальное свойство живой природы.

Различают три уровня процесса адаптации.

Генетический уровень. Данный уровень обеспечивает адаптацию и сохранение жизнеспособности вида в поколениях на основе свойства генетической изменчивости.

Глубокие изменения обмена веществ. Приспособление к сезонным и годичным природным циклам осуществляется с помощью глубоких изменений обмена веществ.

Быстрые изменения в ответ на кратковременные отклонения факторов среды. У животных они осуществляются разнообразными нервными механизмами, ведущими к перемене поведения и быстрой обратимой трансформации обмена веществ. У растений примером быстрых изменений являются реакции на смену освещённости.

Основное условие адаптации – выживание и размножение хотя бы нескольких особей в новых условиях, которое связано с генетическим разнообразием генофонда и степенью изменения среды.

Важнейший экологический принцип гласит: выживание вида обеспечивается его генетическим разнообразием и слабыми колебаниями экологических факторов.

К генетическому разнообразию и изменению среды можно добавить ещё один фактор – географическое распространение.

2.9 Закономерности воздействия факторов на организм

Графическая иллюстрация воздействия экологического фактора на жизненную активность организма приведена на рис. 1.

Толерантность (от латинского tolerantia – терпение) – это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

В пределах толерантности выделяют несколько зон в зависимости от степени проявления жизнедеятельности организма при разной силе фактора:

1 a зона оптимума – это диапазон силы фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность и наблюдается его рост, развитие, размножение. Экологический оптимум – количественный диапазон фактора, наиболее благоприятный для жизни.

2 b – зона нормальной жизнедеятельности – это диапазон силы фактора, в пределах которых организм проявляет нормальную жизнедеятельность и наблюдается его рост и развитие, но размножение уже невозможно;

3 c – зона выживания – это диапазон силы фактора, в пределах которых организм проявляет сниженную жизнедеятельность, способную обеспечить только его существование, но недостаточную, чтобы обеспечить его рост, развитие и размножение;

4 – зона угнетения или зона пессимума – это диапазоны силы фактора, в пределах которых фактор оказывает угнетающее действие на организм и жизнедеятельность его настолько снижена, что в конечном итоге может произойти гибель организма.

Уменьшение или увеличение значения фактора за пределами лимитирующего уровня (lim max или lim min) угнетает жизнедеятельность, а при достижении минимального или максимального летального уровня фактора (let max или let min) наступает гибель организма.

Значение экологического фактора, лежащие в зоне угнетения (стресса), называются экологическим пессимумом. Пессимум – это условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он может ещё существовать. Если уровень фактора отклоняется от оптимального значения, то при лимитирующем уровне (максимальном или минимальном) в организме происходят необратимые патологические изменения. Даже если значение фактора из зоны пессимума вернётся в зону оптимума, полностью восстановить физиологическое состояние организм не сможет. Минимальное и максимальное значения летального уровня фактора, при которых наступает гибель организма, называются соответственно экологическим минимумом и экологическим максимумом.

Свойство организмов адаптироваться к существованию в определённом диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью (или экологической валентностью) вида.

По степени пластичности (диапазону экологического фактора, в котором организмы могут жить) выделяют два типа организмов: стенобионтные и эврибионтные.

Стенобионтные (греческое stenos – узкий, тесный) или узкоприспособленные (узкоспециализированные) виды способны существовать лишь при небольших отклонениях фактора от оптимального значения. Они экологически непластичны, то есть маловыносливые

Эврибионтными (греческое euros – широкий) называются широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебаний экологического фактора. Экологически пластичны, то есть более выносливы.

Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Стенобионты имеют ограниченный ареал распространения.

Закон минимума Либиха в общем виде: рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов природной среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму.

Лимитирующее (ограничивающее) влияние наравне с минимальным значением фактора оказывает максимальное значение. Закон толерантности В. Шелфорда гласит: любой живой организм имеет определённые, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов: даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе – к его гибели.

Экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называется лимитирующим фактором

Шум, вибрация, температура, электромагнитные поля, загрязняющие вещества в воде, воздухе, почве, пищевых продуктах и т.п. – это экологические факторы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ является верхним лимитирующим уровнем.

Из сказанного вытекает первое правило охраны окружающей среды: охранять окружающую среду означает обеспечивать состав и режимы экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого организма, то есть управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим по отношению к организму.