Факторы среды и общие закономерности их воздействия

Факторы среды и общие закономерности их воздействия на организмы

Экологический фактор – это условие, оказывающее специфическое влияние на организм.

Условия жизни – совокупность факторов, необходимых организму для жизни.

Среда обитания – часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Классификация экологических факторов (по порядку возникновения) • Абиотические • Биотические • Антропогенные

Абиотические факторы – это комплекс условий неорганической среды: 1. Климатические (свет, температура, влажность, осадки, давление) 2. Почвенно-грунтовые 3. Рельеф 4. Гидрологические

Биотические факторы – это взаимодействия между живыми организмами

Антропогенные факторы Связаны с деятельностью человека: - изменение среды обитания; - непосредственное воздействие.

Классификация экологических факторов по характеру воздействия Стабильные (сила тяготения, состав сред жизни). Периодические: закономерно изменяющиеся (солнечная радиация, температура, приливы и отливы океана).

Классификация экологических факторов по характеру воздействия Непериодические: не имеющие строгой повторяемости (ураганы, землетрясения, пожары и т. п. ).

Формы воздействия факторов на организмы • Прямое – непосредственное специфическое воздействие • Косвенное (опосредованное) – неспецифическое влияние

Прямое воздействие 1. Нагревание на Солнце. 2. Обморожение. 3. Поедание растений. 4. Хищничество.

Косвенное воздействие Влияние осуществляется через ряд промежуточных звеньев: Высокая температура+отсутствие осадков → засуха→выгорание растительности →отсутствие корма →миграция травоядных животных →снижение численности хищников

Адаптация – эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям их существования. Включает любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Механизмы адаптации на уровне организма 1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах (пример: смена ферментов); 2) физиологические – на уровне органов (пример: усиление потоотделения при повышении температуры).

Механизмы адаптации на уровне организма 3) морфо-анатомические – особенности строения и формы тела; 4) поведенческие – поиск благоприятных мест обитания; 5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития.

Общие законы действия факторов среды на организмы

1. Правило экологического оптимума (комфорта) Каждому виду свойственна определённая дозировка фактора, которая обеспечивает благоприятные условия для жизни.

Экологическая кривая 1. Зона оптимума 2. Субоптимальные зоны 3. Зоны пессимума 4. Верхняя и нижняя критические точки (за их пределами существование невозможно и наступает смерть)

Схема действия факторов среды на живые организмы

Экологическая валентность Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью по отношению к конкретному фактору среды.

Схема действия факторов среды на живые организмы

Примеры разной экологической валентности • песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 °C (от +30 до 55 °C); • тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 °C (от +23 до +29 °C).

Широкую экологическую валентность обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври» Эвритермные виды – выносящие значительные колебания температуры; Эврибатные – широкий диапазон давления; Эвригалинные – разную степень засоления среды.

Узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено» • стенотермные, • стенобатные, • стеногалинные виды и т. д.

1, 2 — стенотермные виды, криофилы; 3– 7– эвритермные виды; 8, 9 — стенотермные виды, термофилы

• В более широком смысле виды, для которых необходимы строго определенные условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными.

Зависимость жизнедеятельности организмов от степени выраженности внешних условий • (R-R) -узкий интервал, в пределах которых особи могут размножаться, обычно предопределяет условия возможного длительного существование вида.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Пример: температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных усиливает обмен веществ, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение.

Зависимость фотосинтеза и дыхания от температуры

3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды Степень выносливости отдельных особей не совпадает. Поэтому экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам Высокая степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает такой же валентности по отношению к остальным факторам. Пример: эвритермный вид может быть стеногалинным.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. Даже у экологически близких видов существуют различия в отношении к отдельным факторам.

Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения

6. Правило взаимодействия факторов Экологические факторы влияют на организм не изолированно. Наблюдается их взаимное усиление или ослабление.

6. Правило взаимодействия факторов Примеры: - жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе; - угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

Смертность яиц соснового шелкопряда при разных сочетаниях температуры и влажности

ПРАВИЛО Компенсации экологических факторов Отсутствие некоторых факторов может компенсировано другим фактором. Пример: недостаток света для растения может быть компенсирован обилием углекислого газа.

Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов Отсутствие фундаментальных экологических факторов (свет, вода, углекислый газ) не может быть компенсировано другими факторами. В. Р. Вильямс (1863 -1939)

7. Правило ограничивающих факторов Если хотя бы один из факторов выходит за критические пределы, то несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида Продвижение вида на север лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами.

Глубокий снежный покров – лимитирующий фактор в распространении оленей

Биотические ограничивающие факторы Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей.

Закон минимума Ю. Либиха (1840 г. ) Урожай растений зависит от вещества, находящегося в почве в минимуме по сравнению с другими веществами.

«Бочка Либиха»

Принципы экологической классификации организмов Систематика растений и животных построена на основе единственного критерия – степени родства организмов. В экологии разнообразие способов адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций.

Принципы экологической классификации организмов В основу экологических классификаций могут быть положены разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т. п

Представители экологической группы организмов, передвигающихся в воде реактивным способом • • 1– жгутиковое 2– инфузория 3– медуза 4– пелагическая голотурия • 5– личинка стрекозыкоромысла; • 6 – плывущий осьминог

Классификация по способу добывания пищи Фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит) Пасущиеся формы (копытные, жукилистоеды) Собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные) Охотники на движущуюся добычу (волки, львы, стрекозы)

Активная и скрытая жизнь В природе наблюдается два основных состояния жизни: активность и покой. Эти состояния чередуются, являясь адаптацией к сезонными изменениям среды, что характерно для большей части планеты.

Формы покоя 1. Анабиоз (полная временная остановка жизни). 2. Частичное угнетение метаболизма.

Анабиоз – редкое явление. Установлен у видов, имеющих простое строение и обитающих в условиях резкого колебания влажности (пересыхающие мелкие водоемы, верхние слои почвы).

Коловратка Philidina roseola на разных стадиях высыхания

Анабиоз Когда в клетках оставалось не более 2 % воды, коловратки, мелкие нематоды, семена и споры растений, споры бактерий и грибов выдерживали пребывание жидком гелии (-269, 0 °C), т. е. температуру, близкую к абсолютному нулю.

Анабиоз Содержимое клеток затвердевает, отсутствует даже тепловое движение молекул. После помещения в нормальные условия эти организмы продолжают развитие.

Анабиоз В состоянии анабиоза организмы устойчивы к разным воздействиям. Например, тихоходки выдерживали облучение до 570 тыс. рентген. Обезвоженные личинки комаров оживают после воздействия температуры в +102 °C.

Анабиоз В толще ледника Антарктиды (возраст 10– 13 тыс. лет) были обнаружены микроорганизмы (споры бактерий, грибов и дрожжей), развившиеся впоследствии на обычных питательных средах.

Частичное угнетение метаболизма 1. Гипобиоз (вынужденный покой). 2. Криптобиоз (физиологический покой).

Гипобиоз Торможение активности (оцепенение) возникает под прямым давлением неблагоприятных условий и прекращается почти сразу после того, как эти условия возвращаются к норме.

Гипобиоз (кусок льда с вмерзшими в него пресноводными обитателями)

Криптобиоз - связан с комплексом физиологических перестроек, которые происходят заблаговременно, до наступления неблагоприятных изменений; - является адаптацией к сезонной или иной периодичности абиотических факторов внешней среды. - составляет часть жизненного цикла организмов.

Формы криптобиоза • диапауза беспозвоночных; • спячка млекопитающих; • глубокий покой растений;

Дождевой червь в состоянии диапаузы