. Экологические факторы и законы экологии

Вселенная не только необычнее, чем мы воображаем,

она необычнее, чем мы можем вообразить.

Закон Мерфи

• Природа разнообразна: любое сравнение научно-технических достижений и творений природы, еще больше убеждает в сокровенности тайн и загадок

• сегодня- более 1,5 млн. видов. А сколько их было?

• Освоены разные среды обитания:• водная среда (адаптация - осморегуляция, обтекаемые

формы, плавучесть)

Размер парусников – 2,5 м в длину, эти рыбы могут окружить косяк сардин величиной со слона.

• наземно-воздушная среда (адаптация - опорный скелет у большинства животных, регуляция гидротермического режима)

Медведь-призрак (кермодский медведь) – белая разновидность североамерикан-ского черного медведя, обитает в лесах западного побережья Канады

• почвенная среда (адаптация -образование слизистой или гладкой поверхности кожных покровов, наличие копательного аппарата и развитой мускулатуры)

Голые землекопы - одни из немногих животных, кому свойственен наивысший

уровень социальной организации (эусоциальность)

• сами живые организмы

Голожаберный моллюск Cyerce Nigricans, 1,52 см в длину.

• По мере того эволюции жизнь становилась все более многообразной и сложной

Классификация экологических факторов

• экологический фактор - любой элемент внешней среды, способный оказать прямое или косвенное влияние на жизнедеятельность организма

• процессы адаптации - ответная реакция

• Три категории экологических факторов: • биотические (живой природы),• абиотические (неживой природы), • антропогенные (деятельность человека)

• Биотические факторы - влияние одних организмов на другие (организмы служат источником пищи для других, являются средой их обитания и т.п.)

Абиотические факторы• элементы неживой природы, воздействующие на

живые организмы:• климат (температура, свет, давление, влажность,

состав атмосферы)• характеристики почвы (гранулометрический состав

почвенного субстрата, плотность)• гидрологические и гидрохимические свойства

(содержание кислорода, уровень солености) и т.д. • влияние циклов солнечной активности

• для растений – углекислый газ, для животных – кислород

• Антропогенные факторы - совокупность влияний человека на организмы

• Три типа адаптаций: морфологические, физиологические, поведенческие

• большая часть адаптаций - сочетание типов

• морфологические адаптации - изменение формы или строения организма (превращение листа в колючку, твердый панцирь у черепах)

• физиологические адаптации - изменение химических процессов в организме (для опыления цветок вырабатывает эфирные масла)

200 тысяч видов переносят пыльцу, без них лишь культуры опыляемые ветром – рис и пшеница.

• поведенческие адаптации - изменение в поведении (зимний сон, сезонные миграции, брачные игры в период размножения)

канадские журавли во время весеннего перелета из Мексики и юга США к гнездовьям на дальнем севере

Экологические группы живых организмов по отношению к свету

• солнечный свет - энергия для фотосинтеза• Растения: гелиофиты и сцеофиты

• Растения в условиях хорошего освещения, на открытых местообитаниях - гелиофиты (светолюбивые) – суккуленты, злаки, клевер, подсолнечник и др.

• При сильном затемнении – сциофиты, плохо переносящие прямые солнечные лучи - папоротники, мхи, хвощи, лесное разнотравье

• как в условиях освещения, так и затенения - факультативные гелиофиты (теневыносливые) - лианы, многие травянистые растения, кустарнички

• различная чувствительность к солнцу - формирование ярусности (для лесов умеренной зоны - 3-4 яруса, в тропических лесах - 8-12).

• Животные: свет - информационное значение: для ориентации в пространстве - сигнал активности (при смене дня и ночи меняется интенсивность дыхания, частота сердцебиений и т.д. )

Экологические группы по отношению к температуре

• скорость обменных реакций в организме• каждый организм имеет температурный диапазон• рекорд - архебактерии (300° в гидротермах,

семена и споры в криоконсервации -2730 С)• для большинства – от 0 до 50 0С

• Растения: криофилы (лишайники, некоторые водоросли), термофилы (аридный климат, кораллы), мезофилы (при средних температурах)

• Животные:• в зависимости от источника тепла разделяются на

пойкилотермные (зависят от внешней температуры) и гомойотермные (в состоянии поддерживать температуру тела за счет обменных процессов)

• пойкилотермные - микроорганизмы, растения, беспозвоночные животные, рыбы, рептилии и амфибии. Терморегуляция - за счет местообитаний (змеи греются на теплых скалах), усиления теплоотдачи в результате мускульной работы и т.д.

• Гомойотермные (теплокровные) животные - птицы и млекопитающие: при низкой температуре увеличиваются обменные процессы для поддержания постоянной температуры тела

• Гетеротермные – промежуточное положение (суслики, летучие мыши, медведи). В зимнее время – в спячке и температура тела не отличается от внешней, в активном состоянии - высокая температура тела

Экологические группы по отношению к воде

• Растения: гигрофиты (влаголюбивые) - потеря 15-20% запаса воды - гибель (рогоз, сфагнум и др.), ксерофиты (сухолюбивые) - всасывание воды из глубоких горизонтов почв, узкие и мелкие листья, мезофиты (умеренно влаголюбивые)

у саксаула длина корней до 30-40 м

• Животные: млекопитающие пьют воду, амфибии всасывают воду через покровы тела, животные пустынь поедают растения с содержанием влаги, впадают в спячку (суслики), в сухой период мигрируют (птицы, антилопы)

Биотические факторы• организмы постоянно «контактируют»• Воздействие одних организмов на другие:

положительное, отрицательное или нейтральное

• Нейтрализм - совместное обитание на одной территории популяций, не влияющих друг на друга (обезьяны и слоны, белки и лоси)

• Хищничество – в пищевой цепи одни организмы (хищники) поедают другие организмы (жертвы)

• Адаптация у хищников - быстрота реакции, бесшумная походка, скорость бега, острые когти

• у жертв – колючки, панцири, защитная окраска, инстинкты затаивания, способность строить недоступные жилища

• Большинство хищников - животные, но есть и растения (росянка на болотах способна за один день переварить несколько десятков насекомых)

• Симбиоз – сосуществование разных видов (от греч. symbiosis - совместная жизнь)

• один из двигателей эволюции: успех зеленых растений – их симбиоз с бактериями и грибами

• пример симбиоза - мир австралийского термитника, высотой до 15 метров

• древесина: углеводы и лигнин

• в пищеварительном тракте термитов– миксотрихи

• к телу миксотрихи прикреплены спирохеты

• между жгутиками спирохет еще более крохотные существа

• все они живут в симбиозе

• Симбиоз:

• Мутуализм

• Комменсализм

• паразитизм

• Мутуализм - взаимовыгодные отношения (рыбы-«санитары» , птицы-«санитары», защитники тли – муравьи)

• Комменсализм - отношения, при которых одна популяция извлекает пользу от другой, а другая не получает ни пользы ни вреда (лишайники на деревьях)

• различные формы комменсализма: нахлебничество, сотрапезничество и квартиранство

• Нахлебничество - один организм питается остатками пищи другого (после львов - гиены, с акулами «путешествуют» рыбы-прилипалы)

• Сотрапезничество - потребление разных частей одной и той же пищи (бегемот съедает 20 кг травы, рядом - цапля, собирающая червей и насекомых)

• Квартирантство - одни организмы используют другие как транспорт или убежище (насекомые обитают в гнездах и норах из-за микроклимата)

• паразитизм (с греч. тунеядец) - один организм (паразит) использует другой (хозяина) в качестве источника питания или среды обитания

• Паразитизм – самый распространенный образ жизни: все многоклеточные организмы имеют в теле (на теле) паразитов

Паразитизм, как и хищничество, играют важную роль в жизни экосистем: происходит регулирование плотности популяций

• человек может быть «хозяином» для 2000 парази-тов: от мелких микроорганизмов до метровых глистов

• Аменсализм - одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает отрицательного влияния (отношения между светолюбивыми растениями под пологом елового леса)

• Конкуренция - взаимоотношения, невыгодные обоим организмам. Организмы могут соперничать друг с другом за

• пищевые ресурсы• пространство• свет и т.д.

Основные законы экологии• все организмы способны к неограниченному

расселению: без сдерживающих факторов дрожжевые клетки заселят пространство планеты за несколько часов, бактерии - за несколько суток, некоторые насекомые - за год

• распространение лимитируется внешними преградами (горной цепью, морями, климатом) или внутренними барьерами (физиологическими особенностями, взаимоотношениями с популяциями других видов)

• жизнь организма определена сочетанием факторов и условий. Если все условия среды благоприятны, за исключением одного, то это условие становится решающим для жизни организма - лимитирующий фактор

• В 1840 г. Ю.Либих: рост растения зависит от эле-мента питания, присутствующего в минимуме: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».

• Лимитирующие факторы: абиотические и биотические (температура, влажность, элементы в воде, воздухе, почве, пищевые ресурсы и пр.)

• лимитирующим может быть также и избыток (из-за избытка влаги или перенасыщения почвы удобрениями может произойти гибель урожая)

• В.Шелфорд: «лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности)»

• два крайних варианта: узкая специализация и широкая выносливость

• узкоспециализированные виды (обитатели морских глубин гибнут при колебаниях температуры в 2-30, гигрофиты - увядают при попадании в воздушную среду)

• Виды со строго определенными экологическими условиями – стенобионтные (стено- «узкий»)

• виды с широким диапазоном выносливости – эврибионтными (эври- «широкий»)

зависимость от интервала температур• эвритермные (способные переносить колебания) и

стенотермные (в узких пределах): растения тропиков гибнут при колебаниях температуры в 100 С, а растения умеренных зон переносят колебания в 600 и более

По отношению к влажности• эвригигробионтные и стеногигробионтные

(верблюд, варан, злаки или полыни легко переносят отсутствие влаги, а земноводные или плавающие растения погибают при ее недостатке)

Джунгли Малайзии

Отношение организмов к солености• стеногалинные организмы (пресноводные рыбы

гибнут в морской среде, а морские – в пресной)• эвригалинные - проходные рыбы, мигрирующие из

морей в реки и обратно

• организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого

• организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам- наиболее распространенные

• пределы толерантности организма изменяются: молодые организмы часто более уязвимы и более требовательны к условиям среды, чем взрослые особи;

• в период размножения многие факторы становятся лимитирующими

• Типичные эврибионты – простейшие организмы и грибы. Из высших растений - береза повислая

• стенобионты - сумчатый медведь коала - может жить только на тех видах эвкалиптов, листьями которых он питается.