Наше знакомство с экологией мы начинаем,пожалуй, с одного из самых разработанных и изученных разделов — аутэкологии.Внимание аутэкологии концентрируется на взаимодействии особей или групп особейс условиями окружающей их среды. Поэтому ключевым понятием аутэкологии являетсяэкологический фактор, то есть фактор окружающей среды, воздействующий наорганизм.
Никакие природоохранные мероприятия невозможны без изучения оптимума действия того или иного фактора на данныйбиологический вид. В самом деле, как охранять тот или иной вид, если не знать,какие условия жизни он предпочитает. Даже «охрана» такого вида какчеловек разумный тебует знания санитарно-гигиенических норм, которые есть ничто иное, как оптимум различных экологических факторов применительно кчеловеку.
Влияние окружающей среды на организм иназывается экологическим фактором. Точное научное определение звучит так:
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР — любое условиесреды, на которое живое реагирует приспособительными реакциями.
Экологический фактор — это любой элементсреды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы напротяжении одной из фаз их развития.
По своей природе экологические факторыделят, по крайней мере, на три группы:
абиотические факторы — влияния неживойприроды;
биотические факторы — влияния живойприроды.
антропогенные факторы — влияния, вызванныеразумной и неразумной деятельностью человека («антропос» — человек).
Человек видоизменяет живую и неживуюприроду, и берет на себя в известном смысле и геохимическую роль (например,высвобождая замурованный в виде угля и нефти на многие миллионы лет углерод ивыпуская его в воздух углекислым газом). Поэтому антропогенные факторы по размахуи глобальности своего воздействия приближаются к геологическим силам.
Не редко экологические факторы подвергаюти более детальной классификации, когда надо указать на какую-то конкретнуюгруппу факторов. Например, различают климатические (относящиеся к климату),эдафические (почвенные) факторы среды.
В качестве хрестоматийного примераопосредованного действия экологических факторов приводят так называемые птичьибазары, представляющие собой огромные скопления птиц. Высокая плотность птицобъясняется целой цепочкой причинно-следственных связей. Птичий помет попадаетв воду, органические вещества в воде минерализуются бактериями, повышеннаяконцентрация минеральных веществ приводит к повышению численности водорослей, авслед за ними — и зоопланктона. Низшими ракообразными, входящими в зоопланктон,питаются рыбы, а рыбами — птицы, населяющие птичий базар. Цепочка замыкается.Птичий помет выступает в качестве экологического фактора, опосредованноповышающего численность колонии птиц.
Как же сопоставлять действие столь разныхпо природе факторов? Не смотря на огромное множество факторов, из самогоопределения экологического фактора как элемента среды, оказывающего влияние наорганизм, следует нечто общее. А именно: действие экологических факторов всегдавыражается в изменении жизнедеятельности организмов, а в конечном итоге, — приводит к изменению численности популяции. Это и позволяет сравнивать действиеразличных экологических факторов.
Стоит ли говорить, что действие фактора наособь определяется не природой фактора, а его дозой . В свете сказанного выше, да и простогожизненного опыта, становится очевидным, что эффект определяет именно дозафактора. Действительно, что такое фактор «температура»? Это вдостаточной степени абстракция, а вот если сказать, что температура -40 поЦельсию — тут уже не до абстракций, поскорее бы закутаться во все теплое! Сдругой стороны, +50 градусов нам покажутся не многим лучше.
Таким образом, фактор воздействует наорганизм определенной дозой, и среди этих доз можно выделить минимальные,максимальные и оптимальные дозы, а также те значения, при которых жизнь особипрекращается (их называют летальными, или смертельными).
Воздействие различных доз на популяциювцелом весьма наглядно описывается графически:
По оси ординат откладывается численностьпопуляции в зависимости от дозы того или иного фактора (ось абсцисс). Выделяютоптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходитугнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует 5зонам:
зона оптимума
справа и слева от нее зоны пессимума (отграницы зоны оптимума до max или min)
летальные зоны (находящиеся за пределамиmax и min), в которых численность популяции равна 0.
Диапазон значений фактора, за границамикоторого нормальная жизнедеятельности особей становится невозможной, называетсяпределами выносливости.
На следующем уроке мы рассмотрим, какразличаются организмы по отношению к различным экологическим факторам. Инымисловами, речь на следующем уроке пойдет об экологических группах организмов, атакже о бочке Либиха и о том, как связано все это с определением ПДК.
Глоссарий
ФАКТОР АБИОТИЧЕСКИЙ
условие или совокупность условийнеорганического мира; экологический фактор неживой природы.
ФАКТОР АНТРОПОГЕННЫЙ
экологический фактор, обязанный своимпроисхождением деятельности человека.
ПЛАНКТОН
совокупность организмов, обитающих в толщеводы и неспособных активно сопротивляться переносу течениями, то есть«парящих» в воде.
БАЗАР ПТИЧИЙ
колониальное поселение птиц, связанных с воднойсредой (кайр, чаек).
Лимитирующие факторы. Бочка Либиха.
На прошлом уроке мы с вами рассмотрелисуществующие многообразие экологических факторов, а также обратили внимание нато общее, что и позволяет относить эти факторы к экологическим. Как мы отмечали,основной особенностью экологического фактора является его воздействие нажизнедеятельность организмов и возможность выделить оптимальные, пессимальные илетальные дозы воздействия экологического фактора.
На какие экологические факторы из всего ихмногообразия прежде всего обращает внимание исследователь? Не редко передисследователем стоит задача выявить те экологические факторы, которые угнетаютжизнедеятельность представителей данной популяции, ограничивают рост иразвитие. Например, необходимо выяснить причины снижения урожая или причинывымирания естественной популяции.
При всем многообразии экологическихфакторов и сложностях, возникающих при попытке оценить их совместное(комплексное) воздействие, важно, что составляющие естественный комплекс факторыимеют неодинаковую значимость. Еще в 19 веке Либих (Liebig, 1840), изучаявлияние различных микроэлементов на рост растений, установил: рост растенийограничивается элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Фактор,находящийся в недостатке, был назван лимитирующим.Образно это положение помогает представить так называемая «бочкаЛибиха».
/> Бочка Либиха
Представьте себе бочку, в которойдеревянные рейки по бокам разной высоты, как это показано на рисунке. Понятно,какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможетеровно столько, какова длина самой короткой рейки (в данном случае — 4 плашка).
Остается только «подменить»некоторые термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической илиэкологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указыватьна степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.
В настоящее время закон минимума Либихатрактуется более широко. Лимитирующим фактором может быть фактор, находящийсяне только в недостатке, но и в избытке.
Экологический фактор играет рольЛИМИТИРУЮЩЕГО ФАКТОРА, если данный фактор находится ниже критического уровняили превосходит максимально выносимый уровень.
Лимитирующий фактор обуславливает ареалраспространения вида или (при менее суровых условиях) сказывается на общемуровне обмена веществ. Например, содержание фосфатов в морской воде являетсялимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивностьсообществ.
Понятие «лимитирующий фактор»применимо не только к различным элементам, но и ко всем экологическим факторам.Не редко в качестве лимитирующего фактора выступают конкурентные отношения.
У каждого организма в отношении различныхэкологических факторов существуют пределы выносливости. В зависимости от того,насколько широки или узки эти пределы, различают эврибионтные и стенобионтныеорганизмы. Эврибионты способнывыносить широкую амплитуду интенсивности различных экологических факторов.Скажем, ареал обитания лисицы — от лесотундры до степей. Стенобионты, напротив, переносят лишьочень узкие колебания интенсивности экологического фактора. Например,практически все растения влажных тропических лесов — стенобионты.
Не редко указывают, какой именно факторимеется в виду. Так, можно говорить об эвритермных (переносящих большиеколебания температуры) организмах (многие насекомые) и стенотермных (длярастений тропических лесов колебания температуры в пределах +5… +8 градусов Сможет быть губительными); эври/стеногалинных (переносящих/непреносящихколебания солености воды); эври/стенобатных (живущих в широких/узких пределахглубины водоема) и так далее.
Возникновение в процессе биологическойэволюции стенобионтных видов можно рассматривать как форму специализации, прикоторой большая эффективность достигается в ущерб адаптивности.
Взаимодействие факторов. ПДК.
При независимом действии экологическихфакторов достаточно оперировать понятием «лимитирующий фактор», чтобыопределить совместное воздействие комплекса экологических факторов на данныйорганизм. Однако в реальных условиях экологические факторы могут усиливать илиослаблять действие друг друга. Например, мороз в Кировской области переноситсялегче, что в С.-Петербурге, так как в последнем выше влажность.
Учет взаимодействия экологических факторов- важная научная проблема. Можно выделить три основные вида взаимодействияфакторов:
аддитивное — взаимодействие факторовпредставляет собой простую алгебраическую сумму эффектов каждого из факторовпри независимом действии;
синергетическое — совместное действиефакторов усиливает эффект (то есть эффект при их совместном действии большепростой суммы эффектов каждого фактора при независимом действии);
антогонистическое — совместное действиефакторов ослабляет эффект (то есть эффект при их совместном действии меньшепростой суммы эффектов каждого фактора).
Почему так важно знать о взаимодействииэкологических факторов? В основе теоретического обоснования величины предельнодопустимых концентраций (ПДК) загрязнителей или предельно допустимых уровней(ПДУ) воздействия загрязнящих агентов (например, шума, радиации) лежит законлимитирующего фактора. ПДК устанавливается экспериментально на уровне, прикотором в организме еще не происходят патологические изменения. При этомсуществуют свои трудности (например, чаще всего приходится экстраполировать начеловека данные, полученные на животных). Однако речь сейчас не о них.
Не редко приходится слышать, какприродоохранные органы радостно рапортуют о том, что уровень большинствазагрязнителей в атмосфере города находится в пределах ПДК. А органыгоссанэпиднадзора в это же время констатируют повышенный уровень респираторныхзаболеваний у детей. Объяснение может быть таким. Не секрет, что многиеатмосферные загрязнители обладают сходным эффектом: раздражают слизистыеоболочки верхних дыхательных путей, правоцируют респираторные заболевания ит.д. И совместное действие этих загрязнителей дает аддитивный (илисинергетический) эффект.
Поэтому в идеале при разработке норм ПДК ипри оценке существующей экологической ситуации должно учитоватьсявзаимодействие факторов. К сожалению, практически это бывает очень сложносделать: трудно спланировать такой эксперимент, трудно оценить взаимодействие,плюс ужесточение ПДК имеет отрицательные экономические эффекты.
Глоссарий
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ
химические элементы, необходимыеорганизмам в ничтожных количествах, но определяющие успешность их развития. М.в виде микроудобрений используют для повышения урожайности растений.
ФАКТОР ЛИМИТРИУЮЩИЙ
фактор, ставящий рамки (определяющий) длятечения какого-то процесса или для существования организма (вида, сообщества).
АРЕАЛ
область распространения любойсистематической группы организмов (вида, рода, семейства) или определенноготипа сообщества организмов (например, ареал лишайниковых сосняков).
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
(применительно к организму)последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потерявеществ и энергии в живых организмах. Жизнь возможна только благодаря обменувеществ.
ЭВРИБИОНТ
организм, проживающий в различных условияхсреды
СТЕНОБИОНТ
организм, требующий строго определенныхусловий существования.
КСЕНОБИОТИК
чужеродное для организма химическоевещество, естественно не входящее в биотический круговорот. Как правило,ксенобиотик — антропогенного происхождения.
Список литературы
Для подготовки данной работы былииспользованы материалы с сайта geographer.ru/