Факторы окружающей среды и из воздействие на организмы

1. Факторы окружающей среды и из воздействие на организмы

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Они  подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Следует отметить, что экологическим  фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своем повторном  изменении ответные приспособительные  эколого-физиологические реакции, наследственно  закрепляющиеся в процессе эволюции.

Организмы – это реальные носители жизни, самостоятельные «ячейки» обмена веществ. Они потребляют из окружающей среды необходимые вещества и  выделяют в нее ненужные им –  продукты обмена, которые, в свою очернедь, могут быть использованы другими  организмами. Все эти процессы обмена протекают в сложной, динамичной обстановке естественной среды обитания, так как находятся под постоянным воздействием комплекса факторов. Совокупность этих факторов составляют условия жизни организма или факторами окружающей среды. Приспособления к постоянно меняющимся – в течение суток, года, жизни – условиям жизни, или факторам среды, называются адаптациями.

Таблица 1. Классификация факторов окружающей среды.

В 1840 г. Ю. Либихом был сформулирован  закон минимума, согласно которому развитие растений лимитируется не теми элементами питания, которые присутствуют в почве в изобилии, а теми, которых очень мало (например, цинк или бор). Этот лимитирующий фактор еще называется экологическим минимумом.

Представьте себе бочку, в которой  деревянные рейки по бокам разной высоты, как это показано на рисунке 2. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможете ровно столько, какова длина самой короткой рейки. Так же и с живым организмом – его способность к жизнедеятельности, находящимся в недостатке. Например, для северного оленя это может быть его основной элемент питания – количество мха ягеля жетско определяет количество оленей, проживающих на данной территории.

Рис. 2. Схема «Бочка Либиха»

Любому живому организму или  сообществу организмов необходимы не вообще температура, влажность, пища и  т.д., а их определенный режим, т. е. границы  допустимых колебаний этих факторов. Диапазон между экологическим минимумом  и экологическим максимумом составляет пределы устойчивости, т. е. толерантности данного организма к условиям окружающей среды. Например, раки очень чувствительны к химической чистоте воды и даже при достаточном количестве пищи их толерантность к среде будет меньше, чем у рыб, менее чувствительных к чистоте водной среды.

Закон толерантности был сформулирован еще в 1910 г. В. Шелфордом. Ценность концепции лимитирующих факторов в том, что она дает возможность исследования самых сложных экологических ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, который присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор не может быть лимитирующим. Напротив, если организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-нибудь изменчивому фактору, то этот фактор заслуживает изучения, так как может быть лимитирующим.

У каждого организма в отношении  различных экологических факторов существуют пределы выносливости. В  зависимости от того, насколько широки или узки эти пределы, различают  эврибионтные и стенобионтные организмы. Эврибионты способны выносить широкую  амплитуду интенсивности различных  экологических факторов. Скажем, ареал  обитания лисицы - от лесотундры до степей. Стенобионты, напротив, переносят лишь очень узкие колебания интенсивности  экологического фактора. Например, практически  все растения влажных тропических  лесов - стенобионты.

2. Основные типы взаимодействий  организмов.

Среди огромного разнообразия взаимосвязей живых существ выделяют определенные типы отношений, имеющие много общего у организмов разных систематических  групп.

Отношения могут быть как внутри-, так и межвидовые.

Возможны следующие виды влияний  одних организмов на другие:

• Положительное (+) — один организм получает пользу за счёт другого.
• Отрицательное (−) — организму причиняется вред из-за другого.
• Нейтральное (0) — другой никак не влияет на организм.

Выделяют 3 наиболее важных типа взаимодействий между видами, которые в свою очередь подразделяются на подтипы(рис. 3).

Рис. 3. Основные типы взаимодействий организмов.

1. Симбиоз - сожительство (от.греч.сим - вместе, биос - жизнь) - форма взаимоотношения, из которых оба партнера или хотя бы один извлекают пользу. Симбиоз подразделяется на мутуализм, протокооперацию и комменсализм.

а) Мутуализм - форма симбиоза, при которой присутствие каждого из двух видов становится обязательным для обоих, каждый из сожителей получает относительно равную пользу, и партнеры (или один из них) не могут существовать друг без друга.Типичный пример мутуализма - отношения термитов и жгутиковых простейших, обитающих в их кишечнике. Термиты питаются древесиной, однако у них нет ферментов для переваривания целлюлозы. Жгутиконосцы вырабатывают такие ферменты и переводят клетчатку в сахара. Без простейших - симбионтов - термиты погибают от голода. Сами же жгутиконосцы помимо благоприятного микроклимата получают в кишечнике пищу и условия для размножения.

б) Протокооперация - форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них. В этих случаях отсутствует связь именно этой, конкретной пары партнеров. Примером протокооперации являются взаимоотношения мелких рыбок семейства губановых и крупных хищных мурен. Среди губановых имеются так называемые рыбы-чистильщики, освобождающие крупных рыб от наружных паразитов, находящихся на коже, в жаберной и ротовой полостях. Крупные хищники, в том числе мурены, страдающие от паразитов, приплывают в места обитания губанов и дают им возможность уничтожать паразитов даже у себя во рту, хотя могли бы с легкостью их проглотить.

в) Комменсализм - форма симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую-либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы. Комменсализм, в свою очередь, подразделяется на квартиранство, сотрапезничество, нахлебничество.

"Квартиранство" - форма комменсализма, при которой один вид использует другой (его тело или его жилище) в качестве убежища или своего жилья. Особую важность приобретает использование надежных убежищ для сохранения икры или молоди.Пресноводный горчак откладывает икру в мантийную полость двухстворчатых моллюсков - беззубок. Отложенные икринки развиваются в идеальных условиях снабжения чистой водой.

"Сотрапезничество" - форма комменсализма,  при которой несколько видов  потребляют разные вещества или  части одного и того же ресурса.

"Нахлебничество" - форма комменсализма, при которой один вид потребляет остатки пищи другого. Примером перехода нахлебничества в более тесные отношения между видами служат взаимоотношения рыбы-прилипалы, обитающей в тропических и субтропических морях, с акулами и китообразными. Передний спинной плавник прилипалы преобразовался в присоску, с помощью которой та прочно удерживается на поверхности тела крупной рыбы. Биологический смысл прикрепления прилипал заключается в облегчении их передвижения и расселения.

2.Нейтрализм - тип биотической связи, при которой совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно. Например, белки и лось в одном лесу не контактируют друг с другом.

3.Антибиоз - тип биотической связи, когда обе взаимодействующие популяции(или одна из них) испытывают отрицательное влияние друг друга.

Антибиоз подразделяется на аменсализм, хищничество, конкуренцию и паразитизм.

а)Аменсализм - форма антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, в то время как сами на дерево никак не влияют.

б) Хищничество - тип антибиоза, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида. Хищничество широко распространено в природе как среди животных, так и среди растений. Примеры: насекомоядные растения; лев, поедающий антилопу и т.д.

в) Кокуренция - тип биотических взаимоотношений, при котором организмы или виды соперничают друг с другом в потреблении одних и тех же обычно ограниченных ресурсов. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую.

"Внутривидоваякокуренция" - соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегулирования популяции. Примеры: птицы одного вида конкурируют из-за места гнездования. Самцы многих видов млекопитающих (например, оленей) в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей.

"Межвидоваякокуренция" - соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями разных видов. Примеры межвидовойкокуренции многочисленны. И волки, и лисы охотятся на зайцев. Поэтому между этими хищниками возникает конкуренция за пищу. Это не значит, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом, но успех одного означает неуспех другого.

г) Паразитизм - форма антибиоза, когда представители одного вида используют питательные вещества или ткани особей другого вида, а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания. Например, миноги нападают на треску, лососей, корюшку, осетров и других крупных рыб и даже на китов. Присосавшись к жертве минога питается соками ее тела в течение нескольких дней, даже недель. Многие рыбы погибают от нанесенных ею многочисленных ран.

Все перечисленные формы биологических  связей между видами служат регуляторами численности животных и растений в сообществе, определяя его устойчивость.

3. Конкуренция

Наиболее жестким ограничивающим фактором при сосуществовании взаимодействующих  организмов является их прямая конкуренция.

Конкуренция (от лат. concurrere — сталкиваться) — взаимодействие, при котором  две популяции (или две особи) в борьбе за необходимые для жизни  условия воздействуют друг на друга  отрицательно, т.е. взаимно угнетают друг друга. Организмы, которые потенциально могут использовать одни и те же ресурсы, называются конкурентами. Растения и животные конкурируют друг с другом не только за корм, но и за влагу, жизненное пространство, убежища, гнездовья — за все, от чего может зависеть благополучие вида.

Объектами конкуренции являются следующие ресурсы:

• пища (для растений – свет, вода, минеральные ресурсы, реже – для водных организмов – кислород и углекислый газ) – наиболее распространена в биологических системах;
• половые партнеры (для внутривидовой);
• место для размножения;
• жизненное пространство (чаще всего бывает местом сосредоточения пищевых ресурсов и местом для размножения, но может выступать как самостоятельный ресурс).

Внутривидовая конкуренция

Если конкуренты принадлежат к  одному виду, то взаимоотношения между  ними называют внутривидовой конкуренцией. Конкуренция между особями одного вида является наиболее острой и жесткой  в природе, поскольку они имеют  одинаковые потребности в экологических  факторах. Внутривидовую конкуренцию  можно наблюдать в колониях пингвинов, где происходит борьба за жизненное  пространство. Каждая особь удерживает свой участок территории и агрессивно настроена по отношению к соседям. Это приводит к четкому разделению территории внутри популяции.

Внутривидовая конкуренция на том  или ином этапе существования  вида встречается почти всегда, поэтому  в процессе эволюции у организмов выработались приспособления, снижающие  ее интенсивность. Наиболее важные из них — способность к расселению потомков и охрана границ индивидуального  участка (территориальность), когда  животное защищает место своего гнездовья  или определенный участок. Так, в  период размножения птиц самец охраняет определенную территорию, на которую, кроме своей самки, не допускает  ни одной особи своего вида. Такую  же картину можно наблюдать и  у некоторых рыб.

Межвидовая конкуренция

Если конкурирующие особи относятся  к разным видам, то это межвидовая конкуренция. Объектом конкуренции  может служить любой ресурс, запасы которого в данной среде недостаточны: ограниченная территория распространения, пища, участок для гнезда, элементы питания для растений.

Результатом конкуренции может  быть расширение области распространения  одного вида за счет сокращения численности  или исчезновения другого. В качестве примера можно привести активное расширение с конца XIX в. ареала длиннопалого рака, который постепенно захватил весь Волжский бассейн и добрался до Беларуси и Прибалтики. Здесь  он начал вытеснять родственный  вид — рака широкопалого.

Г.Ф. Гаузе сформулировал закон (принцип) конкурентного исключения, который гласит: два вида не могут  существовать в одном местообитании (в одной и той же местности), если их экологические потребности  идентичны. Поэтому любые два  вида с идентичными экологическими потребностями обычно разобщены  в пространстве или во времени: они  живут в разных биотопах, в разных ярусах леса, обитают в одном водоеме  на разных глубинах и т.д.

В природе конкурирующие за пищу или пространство виды часто избегают или снижают конкуренцию переселением в другое местообитание с приемлемыми  для себя условиями, либо переходом  на более труднодоступную или  трудноусваиваемую пищу, либо сменой времени (места) добычи корма. Происходит деление животных на дневные и  ночные (ястребы и совы, ласточки и летучие мыши, кузнечики и  сверчки, различные виды рыб, проявляющие  активность в разное время суток); львы охотятся на более крупных животных, а леопарды — на более мелких; для тропических лесов характерно распределение животных и птиц по ярусам.

Пространственное разделение можно  наблюдать и среди растений. Произрастая  совместно в одном местообитании, растения простирают свои корневые системы на разную глубину, тем самым разделяя области поглощения питательных элементов и воды. Глубина проникновения может колебаться от нескольких миллиметров у корнеподстилочных растений (таких как кислица) до десятков метров у крупных деревьев.

Различают так же прямую и косвенную конкуренции:

Косвенная (пассивная) конкуренция — потребление ресурсов среды, необходимых обоим видам, а прямая (активная) конкуренция — прямое подавление одного вида другим.Например, на многих хищных животных, конкурирующих за пищу, другие хищники влияют не прямо, а опосредованно, через уменьшение количества пищи. То же происходит в мире растений, где при конкуренции одни влияют на другие опосредованно, через перехват питательных веществ, солнца или влаги.

4. Регулирование промыслового  усилия

При условиях жесткой конкуренции  организмов за выживание, отрицательных  взаимодействиях их друг на друга, возрастающем напряжении экологической обстановки во всем мире человек должен осознавать, что необдуманное вмешательство  в неустойчивую экологическую систему  может привести к катастрофическим последствиям.

Режимы промысла:

1. Умеренный пресс на все возрастные классы правомерно осуществлять при средней численности и низком репродуктивном потенциале.

2. Незначительный по интенсивности промысел на особей различных возрастных классов, составляющих воспроизводственную группу, необходим при её низком удельном весе в сообществе.

3. Минимальный пресс на первый возрастной класс требуется в условиях низкого прироста.

4. Интенсивный равномерный промысел на все возрастные группы возможен при оптимальной численности и соотношении полов близком к единице, а также при потенциально высоком репродуктивном потенциале.

Основной цельюрегулированя промысла является сохранение популяции промыслового живого организма и скорости его репродукции.

Некоторые меры по регулированию  промысла:

• полный запрет добычи некоторых видов, например с ограниченной репродукцией;
• выделение некоторых районов в качестве заказников, заповедников и других зон, где запрещена охота;
• установление квот на добычу определенного вида в данной местности;
• установление ограничений по размеру, возрасту или полу добываемых видов;
• попеременное открытие и закрытие сезонов и районов промысла;
• запрет добычи детёнышей, питающихся молоком матери, и самок с детенышами.

История бобра является классическим примером тому, как человек своей  деятельностью, преднамеренной и непреднамеренной, повлиял на катастрофическое сокращение численности этого зверя и  тому, что может человек сделать  для восстановления животного мира.

До XXвека охота на бобров была строжайше запрещена, что было вызвано резким уменьшением численности зверя на территории СССР. За это время численность бобров возросла настолько, что их деятельность приводит к повсеместному затоплению лесов и оболачиванию, что сильно вредит окружающей среде и другим видам животных, что является причиной обратного разрешения на промысел бобра, но только в зимнее время.

В настоящее время популяция  бобров требует постоянного и  пристального внимания со стороны человека. Динамика численности бобра должна регулироваться отлаженной системой промысла с учетом экологических и общебиологических  особенностей этих животных, таких  как моногамия, позднее половое  созревание (на втором году жизни), ограниченный видовой состав растительных кормов, оседлость (приверженность к постоянному  месту обитания), приуроченность к  водной среде обитания.

Список литературы.

1. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2001. 510 с.

2. Радкевич В.А. Экология. Минск: Высшая школа, 1998. 159 с.

3. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества/ Пер. с англ. М.: Мир, 1989. Том 1.

4. Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 2003. 512 с. (СВЕТ, циклы)

5. Крылов А.Г. Жизненные формы лесных фитоценозов. Л.: Наука, 1984. 184 с.

6. Культиасов И.М. Экология растений. М.: Изд-во МГУ, 1982. 384 с.

7. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007.- 575с.

8. Акимова Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для студентов вузов/ Т.А.Акимова, В.В.Хаскин; 2-е изд., перераб. и дополн.- М.:ЮНИТИ, 2009.- 556 с.