Вплив середовища на організм.

Будь-який організм є відкритою системою, а значить отримує ззовні речовина, енергію, інформацію і, таким чином, повністю залежить від середовища. Це відображено в законі, відкритим російським вченим К.Ф. Рульє: «результати розвитку (змін) будь-якого об'єкта (організму) визначаються співвідношенням його внутрішніх особливостей і особливостей того середовища, в якій він знаходиться». Іноді цей закон називають першим екологічним законом, оскільки він універсальний.

Організми впливають на середу, змінюючи газовий склад атмосфери (Н: в результаті фотосинтезу), беруть участь у формуванні ґрунту, рельєфу, клімату та ін.

Межа впливу організмів на середовище проживання описує інший екологічний закон (Куражковскій Ю.М.): кожен вид організмів, споживаючи з навколишнього середовища необхідні йому речовини і виділяючи в неї продукти своєї життєдіяльності, змінює її таким чином, що середовище проживання стає непридатною для його існування .

1.2.2. Екологічні фактори середовища та їх класифікація.

Безліч окремих елементів середовища проживання, що впливають на організми хоча б на одній зі стадій індивідуального розвитку, називаються екологічними факторами.

За природою походження виділяють абіотичні, біотичні і антропогенні фактори. (Слайд 1)

абіотичні чинники  - це властивості неживої природи (температура, світло, вологість, склад повітря, води, грунту, природний радіаційний фон Землі, рельєф місцевості) і ін., Які прямо чи опосередковано впливають на живі організми.

біотичні фактори  - це все форми впливу живих організмів один на одного. Дія біотичних факторів може бути як прямим, так і непрямим, виражаючись в зміні умов навколишнього середовища, наприклад, зміна складу грунту під впливом бактерій або зміна мікроклімату в лісі.

Взаємні зв'язки між окремими видами організмів лежать в основі існування популяцій, біоценозів і біосфери в цілому.

Раніше до біотичних факторів відносили і вплив людини на живі організми, проте в даний час виділяють особливу категорію чинників, породжуваних людиною.

антропогенні чинники- це все форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як середовища проживання та інших видів і безпосередньо позначаються на їхньому житті.

Діяльність людини на планеті слід виділяти в особливу силу, яка надає на природу як пряме, так і непряме вплив. До прямого впливу відносять споживання, розмноження і розселення людиною як окремих видів тварин і рослин, так і створення цілих біоценозів. Непряме вплив здійснюється шляхом зміни середовища проживання організмів: клімату, режиму річок, стану земель та ін. У міру зростання народонаселення і технічної озброєності людства питома вага антропогенних екологічних чинників неухильно зростає.

Екологічні фактори мінливі в часі і просторі. Деякі фактори середовища вважаються відносно постійними протягом тривалих періодів часу в еволюції видів. Наприклад, сила тяжіння, сонячна радіація, сольовий склад океану. Більшість екологічних факторів - температура повітря, вологість, швидкість руху повітря - дуже мінливі в просторі і в часі.

Відповідно до цього, в залежності від регулярності впливу, екологічні фактори поділяють на (Слайд 2):

· регулярно-періодичні , Що змінюють силу впливу в зв'язку з часом доби, сезоном року або ритмом припливів і відливів в океані. Наприклад: зниження температури в помірному кліматичному поясі північної широти з настанням зими року і т.д.

· нерегулярно-періодичні , Явища катастрофічного характеру: бурі, зливи, повені і т.д.

· неперіодичні, що виникають спонтанно, без чіткої закономірності, разово. Наприклад, виникнення нового вулкана, пожежі, діяльність людини.

Таким чином, кожен живий організм відчуває вплив неживої природи, організмів інших видів, в тому числі і людини, і, в свою чергу, впливає на кожну з цих складових.

За черговості чинники діляться на первинні   і вторинні .

первинні  екологічні фактори існували на планеті завжди, ще до появи живих істот, і все живе до цих чинників пристосувалося (температура, тиск, припливи, сезонна і добова періодичність).

вторинні  екологічні фактори виникають і змінюються завдяки мінливості первинних екологічних факторів (каламутність води, вологість повітря та ін.).

По дії на організм всі фактори поділяються на фактори прямої дії   і непрямі .

За ступенем впливу їх підрозділяють на летальний (що призводить до загибелі), екстремальний, лімітуючий, що турбує, мутагенний, тератогенний, що приводить до каліцтва в ході індивідуального розвитку).

Кожен екологічний фактор характеризується певними кількісними показниками: силою, тиском, частотою, інтенсивністю і ін.

1.2.3. Закономірності дії екологічних факторів на організми. Фактор, що лімітує. Закон мінімуму Лібіха. Закон толерантності Шелфорда. Вчення про екологічні оптимумах видів. Взаємодія екологічних факторів.

Незважаючи на різноманіття екологічних факторів і різну природу їх походження, існують деякі загальні правила і закономірності їх впливу на живі організми. Будь-екологічний фактор може впливати на організм наступним чином (Слайд):

· Змінювати географічне поширення видів;

· Змінювати плодючість і смертність видів;

· Викликати міграцію;

· Сприяти формуванню у видів пристосувальних якостей і адаптацій.

Найбільш ефективно дію фактора при деякому значенні фактора, оптимальному для організму, а не при його критичних значеннях. Розглянемо закономірності дії фактора на організми. (Слайд).

Залежність результату дії екологічного чинника від його інтенсивності сприятливий діапазон дії екологічного чинника називається зоною оптимуму   (Нормальної життєдіяльності). Що гучніше відхилення дії чинника від оптимуму, тим більше даний фактор пригнічує життєдіяльність популяції. Цей діапазон називається зоною гноблення (пессімума) . Максимально і мінімально стерпні значення чинника - це критичні точки, за межами яких існування організму або популяції вже неможливо. Діапазон дії фактора між критичними точками називається зоною толерантності   (Витривалості) організму по відношенню до даного фактору. Точка на осі абсцис, яка відповідає найкращому показнику життєдіяльності організму, означає оптимальну величину фактора і називається точкою оптимуму.   Так як важко визначити точку оптимуму, то зазвичай говорять про зоні оптимуму   або зоні комфорту. Таким чином, точки мінімуму, максимуму і оптимуму складають три кардинальні точки , Які визначають можливі реакції організму на даний фактор. Умови середовища, в яких який-небудь фактор (або сукупність факторів) виходить за межі зони комфорту і пригнічує дію, в екології називають екстремальними .

Розглянуті закономірності носять назву «Правило оптимуму» .

Для життя організмів потрібний певний поєднання умов. Якщо всі умови середовища існування сприятливі, за винятком одного, то саме ця умова стає вирішальним для життя розглянутого організму. Воно обмежує (лімітує) розвиток організму, тому називається лімітуючим фактором . Т.ч. фактор, що лімітує - екологічний фактор, значення якого виходить за межі виживання виду.

Наприклад, замори риб взимку в водоймах викликані браком кисню, коропи не живуть в океану (солона вода), міграцію грунтових черв'яків викликає надлишок вологи і недолік кисню.

Спочатку було встановлено, що розвиток живих організмів обмежує недолік будь-якого компонента, наприклад, мінеральних солей, вологи, світла і т.п. В середині XIX століття німецький хімік-органік Юстас Лібіх першим експериментально довів, що зростання рослини залежить від того елемента живлення, який присутній у відносно мінімальній кількості. Він назвав це явище законом мінімуму; в честь автора його ще називають законом Лібіха . (Бочка Лібіха).

У сучасному формулюванні закон мінімуму   звучить так: витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Однак, як з'ясувалося пізніше, лімітуючим може бути не тільки недолік, але і надлишок фактора, наприклад, загибель врожаю через дощі, перенасичення грунту добривами і т.п. Поняття про те, що нарівні з мінімумом лімітуючим фактором може бути і максимум, ввів через 70 років після Лібіха американський зоолог В. Шелфорд, який сформулював закон толерантності . згідно закону толерантності лімітуючим фактором процвітання популяції (організму) може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, а діапазон між ними визначає величину витривалості (межа толерантності) або екологічну валентність організму до даного фактору

Принцип лімітують справедливий для всіх типів живих організмів - рослин, тварин, мікроорганізмів і відноситься як до абіотичних, так і до біотичних факторів.

Наприклад, лімітуючим фактором для розвитку організмів даного виду може стати конкуренція з боку іншого виду. У землеробстві лімітуючим фактором часто стають шкідники, бур'яни, а для деяких рослин лімітуючим фактором розвитку стає недолік (або відсутність) представників іншого виду. Наприклад, в Каліфорнії з середземномор'я завезли новий вид інжиру, але він не плодоносив, поки звідти ж не завезли єдиний для нього вид бджіл-запилювачів.

Відповідно до закону толерантності будь-який надлишок речовини або енергії виявляється які забруднюють середовище початком.

Так, надлишок води навіть в посушливих районах шкідливий і вода може розглядатися як звичайний забруднювач, хоча в оптимальних кількостях вона просто необхідна. Зокрема, надлишок води перешкоджає нормальному грунтоутворення в чорноземної зоні.

Широку екологічну валентність виду по відношенню до абіотичних факторів середовища позначають додаванням до назви чинника приставки "Еврі", вузькою «стіно». Види, для існування яких необхідні суворо визначені екологічні умови, називають стенобіонтних , А види, пристосовуються до екологічної обстановки з широким діапазоном зміни параметрів, - еврібіонтность .

Наприклад, тварини, здатні виносити значні коливання температури, називаються еврітермние, вузький діапазон температур характерний для стенотермним організмів. (Слайд). Невеликі зміни температури мало позначаються на еврітермних організмах і можуть виявитися згубними для стенотермним (рис. 4). Еврігідроідние   і стеногідроідние   організми розрізняються реакцією на коливання вологості. евригалінні   і стеногалінние - володіють різною реакцією на ступінь засоленості середовища. Евріойкние   організми здатні жити в різних місцях, а стеноойкние   - проявляють жорсткі вимоги до вибору місця проживання.

По відношенню до тиску все організми підрозділяються на еврібатние   і стенобатние   або стопобатние   (Глибоководні риби).

По відношенню до кисню виділяють евріоксібіонти   (Карась, короп) і стенооксібіонт и (харіус).

По відношенню до території (биотопу) - евритопних   (Велика синиця) і стенотопние   (Скопа).

По відношенню до їжі - евріфагі   (Вранова) і стенофаги , Серед яких можна виділити іхтіофагів   (Скопа), ентомофаги   (Осоїд, стриж, ластівка), герпетофагі   (Птах - секретар).

Екологічні валентності виду по відношенню до різних факторів можуть бути дуже різними, що створює різноманіття адаптацій в природі. Сукупність екологічних валентностей по відношенню до різних факторів середовища становить екологічний спектр виду .

Межа толерантності організму змінюється при переході з однієї стадії розвитку в іншу. Часто молоді організми виявляються більш уразливими і більш вимогливими до умов середовища, ніж дорослі особини.

Найбільш критичним з точки зору впливу різних чинників є період розмноження: в цей період багато чинників стають лімітуючими. Екологічна валентність для розмножуються особин, насіння, ембріонів, личинок, яєць зазвичай вужчий, ніж для дорослих неразмножающіхся рослин або тварин того ж виду.

Наприклад, багато морські тварини можуть переносити солонувату або прісну воду з високим вмістом хлоридів, тому вони часто заходять в річки вгору за течією. Але їх личинки не можуть жити в таких водах, так що вид не може розмножуватися в річці і не обгрунтовується тут на постійне місцепроживання. Багато птахи летять виводити пташенят в місця з більш теплим кліматом і т.п.

До цих пір мова йшла про межі толерантності живого організму по відношенню до одного фактору, але в природі все екологічні чинники діють спільно.

Оптимальна зона і межі витривалості організму по відношенню до будь-якого фактору середовища можуть зміщуватися в залежності від того, в якому поєднанні діють одночасно інші фактори. Ця закономірність отримала назву взаємодії екологічних факторів (констеляція ).

Наприклад, відомо, що спеку легше переносити при сухому, а не вологому повітрі; загроза замерзання значно вище при низькій температурі з сильним вітром, ніж в безвітряну погоду. Для росту рослин необхідний, зокрема, такий елемент, як цинк, саме він часто виявляється лімітуючим фактором. Але для рослин, що ростуть в тіні, потреба в ньому менше, ніж для знаходяться на сонці. Відбувається так звана компенсація дії факторів.

Однак взаємна компенсація має певні межі і повністю замінити один з чинників іншим не можна. Повна відсутність води або хоча б одного з необхідних елементів мінерального живлення робить життя рослин неможливою, незважаючи на найсприятливіші поєднання інших умов. Звідси випливає висновок, що всі умови середовища, необхідні для підтримки життя, грають рівну роль і будь-який чинник може обмежувати можливості існування організмів - це закон рівнозначності всіх умов життя.

Відомо, що кожен фактор неоднаково впливає на різні функції організму. Умови, оптимальні для одних процесів, наприклад для росту організму, можуть виявитися зоною пригноблення для інших, наприклад для розмноження, і виходити за межі толерантності, тобто приводити до загибелі, для третіх. Тому життєвий цикл, відповідно до якого організм в певні періоди здійснює переважно ті чи інші функції - харчування, зростання, розмноження, розселення, - завжди узгоджений із сезонними змінами факторів середовища, як наприклад з сезонністю в світі рослин, обумовленої зміною пір року.

Серед законів, що визначають взаємодію індивіда або особини з навколишнім середовищем, виділимо правило відповідності умов середовища генетичної обумовленості організму . Воно стверджує, що вид організмів може існувати до тих пір і остільки, оскільки навколишнє його природне середовище відповідає генетичним можливостям пристосування цього виду до її коливань і змін. Кожен вид живого виник в певному середовищі, в тій чи іншій мірі пристосувався до неї і подальше існування виду можливо лише в даній або близькою до неї середовищі. Різке і швидка зміна середовища життя може привести до того, що генетичні можливості виду виявляться недостатніми для пристосування до нових умов. На цьому, зокрема, заснована одна з гіпотез вимирання великих плазунів з різкою зміною абіотичних умов на планеті: великі організми менш мінливі, ніж дрібні, тому для адаптації їм потрібно набагато більше часу. У зв'язку з цим корінні перетворення природи небезпечні для нині існуючих видів, в тому числі і для самої людини.

1.2.4. Пристосування організмів до несприятливих умов середовища

Екологічні фактори можуть виступати як:

· подразники   і викликати пристосувальні зміни фізіологічних і біохімічних функцій;

· обмежувачі , Що зумовлюють неможливість існування в даних умовах;

· модифікатори , Що викликають анатомічні та морфологічні зміни організмів;

· сигнали , Що свідчать про зміни інших факторів середовища.

У процесі пристосування до несприятливих умов середовища організми змогли виробити три основні шляхи уникнення останніх.

активний шлях  - сприяє посиленню опірності, розвитку регуляторних процесів, які дозволяють здійснити всі життєві функції організмів, незважаючи на несприятливі фактори.

Наприклад, теплокровность у ссавців і птахів.

пасивний шлях  пов'язаний з підпорядкуванням життєвих функцій організму зміни факторів середовища. Наприклад, явище прихованої життя , Що супроводжується припиненням життєдіяльності при пересиханні водойми, похолоданні і т.д., аж до стану уявної смерті   або анабіозу .

Наприклад, висушені насіння рослин, їх суперечки, а також дрібні тварини (коловертки, нематоди) здатні витримувати температури нижче 200 о С. Приклади анабіозу? Зимовий спокій рослин, сплячка хребетних тварин, збереження насіння і спор в грунті.

Явище, при якому має місце тимчасовий фізіологічний спокій в індивідуальному розвитку деяких живих організмів, обумовлений несприятливими факторами зовнішнього середовища, називається діапаузою .

Уникнення несприятливих впливів  - вироблення організмом таких життєвих циклів, при яких найбільш вразливі стадії його розвитку завершуються в найсприятливіші за температурними та іншими умовами періоди року.

Звичайний шлях таких пристосувань - міграція.

Еволюційно виникають пристосування організмів до умов середовища існування, що виражається в зміні їх зовнішніх і внутрішніх особливостей носить назву адаптації . Існують різні типи адаптацій.

морфологічні адаптації. У організмів виникають такі особливості зовнішньої будови, які сприяють виживанню і успішної життєдіяльності організмів в звичайних для них умовах.

Наприклад, обтічна форма тіла у водних тварин, будова сукулентів, пристосування галофітов.

Морфологічний тип адаптації тварини або рослини, при якому вони мають зовнішню форму, яка відображатиме спосіб взаємодії із середовищем проживання, називають життєвої формою виду . У процесі пристосування до однакових умов середовища різні види можуть мати подібну життєву форму.

Наприклад, кит, дельфін, акула, пінгвін.

фізіологічні адаптації  проявляються в особливостях ферментативного набору в травному тракті тварин, що визначається складом їжі.

Наприклад, забезпечення вологою за рахунок окислення жиру у верблюдів.

поведінкові адаптації  - проявляються в створенні притулків, пересуванні з метою вибору найбільш сприятливих умов, відлякування хижаків, затаивание, стайное поведінку і ін.

Адаптації кожного організму визначаються його генетичною схильністю. Правило відповідності умов середовища генетичної обумовленості   говорить: до тих пір, поки середовище, що оточує певний вид організмів, відповідає генетичним можливостям пристосування цього виду до її коливань і змін, цей вид може існувати. Різке і швидка зміна умов середовища проживання може призвести до того, що швидкість пристосувальних реакцій буде відставати від зміни умов середовища, що призведе до іллімінаціі виду. Сказане повною мірою відноситься і до людини.

1.2.5. Основні абіотичні фактори.

Нагадаємо ще раз, що абіотичні фактори - це властивості неживої природи, які прямо чи опосередковано впливають на живі організми. На слайді 3 наведено класифікацію абіотичних факторів.

температура  є найбільш важливим кліматичним фактором. Від неї залежить інтенсивність обміну речовин  організмів і їх географічне поширення. Будь-який організм здатний жити в межах певного діапазону температур. І хоча для різних видів організмів ( еврітермних і стенотермним) Ці інтервали різні, для більшості з них зона оптимальних температур, при яких життєві функції здійснюються найактивніше і ефективно, порівняно невелика. Діапазон температур, в яких може існувати життя, становить приблизно 300 С: від -200 до +100 С. Але більшість видів і велика частина їх активності приурочені до ще більш вузькому діапазону температур. Деякі організми, особливо в стадії спокою, можуть існувати принаймні деякий час, при дуже низьких температурах. Окремі види мікроорганізмів, головним чином бактерії і водорості, здатні жити і розмножуватися при температурах, близьких до точки кипіння. Верхня межа для бактерій гарячих джерел становить 88 С, для синьо-зелених водоростей - 80 С, а для найстійкіших риб і комах - близько 50 С. Як правило, верхні граничні значення фактора виявляються більш критичними, ніж нижні, хоча багато організми поблизу верхніх меж діапазону толерантності функціонують більш ефективно.

У водних тварин діапазон толерантності до температурі зазвичай більш вузький порівняно з наземними тваринами, так як діапазон коливань температури у воді менше, ніж на суші.

З точки зору впливу на живі організми вкрай важлива мінливість температури. Температура, що коливається від 10 до 20 С (в середньому становить 15 С), не обов'язково діє на організм так само, як постійна температура 15 С. Життєдіяльність організмів, які в природі зазвичай піддаються впливу змінних температур, пригнічується повністю або частково або сповільнюється під дією постійної температури. За допомогою змінної температури вдалося прискорити розвиток яєць коника в середньому на 38,6% в порівнянні з їх розвитком при постійній температурі. Поки не ясно, обумовлений чи прискорює ефект самими коливаннями температури або посиленим ростом, що викликається короткочасним підвищенням температури і не компенсує уповільненням зростання при її зниженні.

Таким чином, температура є важливим і дуже часто лімітуючим фактором. Температурні ритми в значній мірі контролюють сезонну і добову активність рослин і тварин. Температура часто створює зональність і стратифікацію в водних і наземних місцепроживання.

водафізіологічно необхідна для будь-якої протоплазми. З екологічної точки зору вона служить лімітуючим фактором як в наземних місцепроживання, так і в водних, де її кількість схильне до сильних коливань, або там, де висока солоність сприяє втраті води організмом через осмос. Всі живі організми в залежності від потреби їх у воді, а отже, і від відмінностей місцеперебування, підрозділяються на ряд екологічних груп: водні або гідрофільні  - постійно живуть у воді; гігрофільних  - живуть в дуже вологих місцях проживання; мезофільні  - відрізняються помірною потребою у воді і ксерофільні  - живуть в сухих місцях проживання.

Кількість опадів  і вологість - основні величини, вимірювані при вивченні цього чинника. Кількість опадів залежить в основному від шляхів і характеру великих переміщень повітряних мас. Наприклад, вітри, що дмуть з океану, залишають більшу частину вологи на звернених до океану схилах, в результаті чого за горами залишається "дощова тінь", сприяє формуванню пустелі. Рухаючись в глиб суші, повітря акумулює деяку кількість вологи, і кількість опадів знову збільшується. Пустелі, як правило, розташовані за високими гірськими хребтами або уздовж тих берегів, де вітри дмуть з великих внутрішніх сухих районів, а не з океану, наприклад, пустеля Нами в Південно-Західній Африці. Розподіл опадів за порами року - вкрай важливий фактор, що лімітує для організмів. Умови, що створюються в результаті рівномірного розподілу опадів, зовсім інші, ніж при випаданні опадів протягом одного сезону. В цьому випадку тваринам і рослинам доводиться переносити періоди тривалої посухи. Як правило, нерівномірний розподіл опадів за порами року зустрічається в тропіках і субтропіках, де нерідко добре виражені вологий і сухий сезони. У тропічному поясі сезонний ритм вологості регулює сезонну активність організмів аналогічно сезонному ритму тепла і світла в умовах помірного пояса. Роса може являти собою значний, а в місцях з малим випаданням дощів і дуже важливий внесок у загальну кількість опадів.

Вологість  - параметр, що характеризує вміст водяної пари в повітрі. абсолютною вологістю  називають кількість водяної пари в одиниці об'єму повітря. У зв'язку із залежністю кількості пари, що утримується повітрям, від температури і тиску, введено поняття відносної вологості - це відношення пара, що міститься в повітрі, до насичує пару при даній температурі і тиску. Так як в природі існують добовий ритм вологості - підвищення вночі і зниження днем, і коливання її по вертикалі і горизонталі, цей фактор поряд зі світлом і температурою грає важливу роль в регулюванні активності організмів. Вологість змінює ефекти висоти температури. Наприклад, за умов вологості, близьких до критичних, температура надає більш важливе лимитирующее вплив. Аналогічно вологість відіграє більш критичну роль, якщо температура близька до граничних значень. Великі водойми значно пом'якшують клімат суші, так як для води характерна велика прихована теплота пароутворення і танення. Фактично існують два основних типи клімату: континентальний  з крайніми значеннями температури і вологості і морський,  якому властиві менш різкі коливання, що пояснюється пом'якшувальною впливом великих водойм.

Доступний живим організмам запас поверхневої води залежить від кількості опадів в даному районі, але ці величини не завжди збігаються. Так, користуючись підземними джерелами, куди вода надходить з інших районів, тварини і рослини можуть отримувати більше води, ніж від надходження її з опадами. І навпаки, дощова вода іноді відразу ж стає недоступною для організмів.

випромінювання Сонця  являє собою електромагнітні хвилі різної довжини. Воно абсолютно необхідно живій природі, так як є основним зовнішнім джерелом енергії. Спектр розподілу енергії випромінювання Сонця за межами земної атмосфери (рис.6) показує, що близько половини сонячної енергії випромінюється в інфрачервоній області, 40% - у видимій і 10% - в ультрафіолетовій і рентгенівській областях.

Треба мати на увазі те, що спектр електромагнітного випромінювання Сонця дуже широкий (рис. 7) і його частотні діапазони по-різному впливають на живу речовину. Земна атмосфера, включаючи озоновий шар, селективно, тобто вибірково по частотних діапазонах, поглинає енергію електромагнітного випромінювання Сонця і до поверхні Землі доходить в основному випромінювання з довжиною хвилі від 0,3 до 3 мкм. Більш довго і короткохвильове випромінювання поглинається атмосферою.

Зі збільшенням зенітного відстані Сонця зростає відносний вміст інфрачервоного випромінювання (від 50 до 72%).

Для живої речовини важливі якісні ознаки світла - довжина хвилі, інтенсивність і тривалість впливу.

Відомо, що тварини і рослини реагують на зміну довжини хвилі світла. Кольорове зір поширене в різних групах тварин плямисто: воно добре розвинене у деяких видів членистоногих, риб, птахів і ссавців, але у інших видів тих же груп воно може бути відсутнім.

Інтенсивність фотосинтезу варіюється зі зміною довжини хвилі світла. Наприклад, при проходженні світла через воду червона і синя частини спектра фільтруються і виходить зелене світло слабо поглинається хлорофілом. Однак червоні водорості мають додаткові пігменти (фикоеритрини), що дозволяють їм використовувати цю енергію і жити на більшій глибині, ніж зелені водорості.

І у наземних, і у водних рослин фотосинтез пов'язаний з інтенсивністю світла лінійною залежністю до оптимального рівня світового насичення, за яким у багатьох випадках слід зниження інтенсивності фотосинтезу при високих інтенсивностях прямого сонячного світла. У деяких рослин, наприклад у евкаліпта, фотосинтез не інгібує прямим сонячним світлом. В даному випадку має місце компенсація факторів, так як окремі рослини і цілі співтовариства пристосовуються до різних интенсивностям світла, стаючи адаптованими до тіні (діатомові, фітопланктон) або до прямого сонячного світла.

Тривалість світлового дня, або фотопериод, є "реле часу" або пусковим механізмом, що включає послідовність фізіологічних процесів, що призводять до зростання, цвітіння багатьох рослин, линьки і накопиченню жиру, міграції і розмноженню у птахів і ссавців і до настання діапаузи у комах. Деякі вищі рослини цвітуть при збільшенні довжини дня (рослини довгого дня), інші зацвітають при скороченні дня (рослини короткого дня). У багатьох організмів, чутливих до фотоперіоду, настройку біологічного годинника можна змінити експериментальним зміною фотоперіоду.

іонізуюче випромінювання  вибиває електрони з атомів і приєднує їх до інших атомам з утворенням пар позитивних і негативних іонів. Його джерелом служать радіоактивні речовини, що містяться в гірських породах, крім того, воно надходить з космосу.

Різні види живих організмів сильно відрізняються за своїми здібностями витримувати великі дози радіаційного опромінення. Наприклад, доза 2 Зв (Зівер) - викликає загибель зародків деяких комах на стадії дроблення, доза 5 Зв призводить до стерильності деяких видів комах, доза 10 Зв абсолютно смертельна для ссавців. Як показують дані здебільшого досліджень, найбільш чутливі до опромінення швидко діляться клітини.

Вплив малих доз радіації оцінити складніше, так як вони можуть викликати віддалені генетичні та соматичні наслідки. Наприклад, опромінення сосни дозою 0,01 Зв на добу протягом 10 років викликало уповільнення швидкості росту, аналогічне одноразової дозі 0,6 Зв. Підвищення рівня випромінювання в середовищі над фоновим призводить до підвищення частоти шкідливих мутацій.

У вищих рослин чутливість до іонізуючого випромінювання прямо пропорційна розміру клітинного ядра, а точніше обсягом хромосом або змістом ДНК.

У вищих тварин не виявлено такої простої залежності між чутливістю і будовою клітин; для них важливіше значення має чутливість окремих систем органів. Так, ссавці дуже чутливі навіть до низьких доз радіації внаслідок легкої пошкоджуваності опроміненням швидко ділиться кровотворної тканини кісткового мозку. Навіть дуже низькі рівні хронічно чинного іонізуючого випромінювання можуть викликати в кістках і в інших чутливих тканинах ріст пухлинних клітин, що може проявитися лише через багато років після опромінення.

газовий складатмосфери також є важливим кліматичним фактором (рис. 8). Приблизно 3-3,5 млрд років тому атмосфера містила азот, аміак, водень, метан і водяна пара, а вільний кисень в ній був відсутній. Склад атмосфери в значній мірі визначався вулканічними газами. Через відсутність кисню не існувало озонового екрану, що затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця. З плином часу за рахунок абіотичних процесів в атмосфері планети став накопичуватися кисень, почалося формування озонового шару. Приблизно в середині палеозою споживання кисню зрівнялася з його освітою, в цей період зміст О2 в атмосфері було близько до сучасного - близько 20%. Далі, з середини девону, спостерігаються коливання в змісті кисню. В кінці палеозою відбулося помітне, приблизно до 5% сучасного рівня, зниження вмісту кисню і підвищення вмісту вуглекислого газу, що призвели до зміни клімату і, мабуть, послужили поштовхом до рясного "автотрофне" цвітінню, створив запаси викопного вуглеводневого палива. Потім було поступове повернення до атмосфери з низьким вмістом вуглекислого газу і високим вмістом кисню, після чого ставлення О2 / СО2 залишається в стані так званого коливального стаціонарного рівноваги.

В даний час атмосфера Землі має наступний склад: кисень ~ 21%, азот ~ 78%, вуглекислий газ ~ 0,03%, інертні гази і домішки ~ 0,97%. Цікаво, що концентрації кисню і вуглекислого газу є лімітуючими для багатьох вищих рослин. У багатьох рослин вдається підвищити ефективність фотосинтезу, підвищивши концентрацію вуглекислого газу, проте залишається маловідомим, що зниження концентрації кисню також може призводити до збільшення фотосинтезу. У дослідах на бобових і багатьох інших рослинах було показано, що зниження вмісту кисню в повітрі до 5% підвищує інтенсивність фотосинтезу на 50%. Вкрай важливу роль відіграє також азот. Це найважливіший біогенний елемент, який бере участь в утворенні білкових структур організмів. Вітер надає обмежуючого впливу на активність і поширення організмів.

вітер здатний навіть змінювати зовнішній вигляд рослин, особливо в тих місцях проживання, наприклад в альпійських зонах, де лимитирующее вплив роблять інші чинники. Експериментально показано, що у відкритих гірських місцепроживання вітер лімітує зростання рослин: коли побудували стіну, що захищала рослини від вітру, висота рослин збільшилася. Велике значення мають бурі, хоча їх дія суто локально. Урагани та звичайні вітри здатні переносити тварин і рослини на великі відстані і тим самим змінювати склад співтовариств.

Атмосферний тиск, Мабуть, не є лімітуючим фактором безпосереднього дії, проте воно має пряме відношення до погоди і клімату, які безпосередньо обмежуючого впливу.

Водні умови створюють своєрідну середовище проживання організмів, що відрізняється від наземної передусім щільністю і в'язкістю. щільність   води приблизно в 800 разів, а в'язкість   приблизно в 55 разів вище, ніж у повітря. Разом з щільністю   і в'язкістю найважливішими фізико-хімічними властивостями водного середовища є: температурна стратифікація, тобто зміна температури по глибині водного об'єкта і періодичні зміни температури в часі,   а також прозорість води, яка визначає світловий режим під її поверхнею: від прозорості залежить фотосинтез зелених і пурпурних водоростей, фітопланктону, вищих рослин.

Як і в атмосфері, важливу роль відіграє газовий склад водного середовища. У водних середовищ існування кількість кисню, вуглекислого газу та інших газів, розчинених у воді і тому доступних організмам, сильно варіюється в часі. У водоймах з високим вмістом органічних речовин кисень є лімітуючим чинником першорядної важливості. Незважаючи на кращу розчинність кисню у воді в порівнянні з азотом, навіть в самому сприятливому випадку в воді міститься менше кисню, ніж в повітрі, приблизно 1% за обсягом. На розчинність впливають температура води і кількість розчинених солей: при зниженні температури розчинність кисню зростає, при підвищенні солоності - знижується. Запас кисню в воді поповнюється завдяки дифузії з повітря і фотосинтезу водоростей. Кисень дифундує в воду дуже повільно, дифузії сприяє вітер і рух води. Як уже згадувалося, найважливішим фактором, що забезпечує фотосинтетичну продукцію кисню, є світло, що проникає в товщу води. Таким чином, вміст кисню змінюється в воді в залежності від часу доби, пори року і місця розташування.

Вміст вуглекислого газу у воді також може сильно варіюватися, але за своєю поведінкою вуглекислий газ відрізняється від кисню, а його екологічна роль мало вивчена. Вуглекислий газ добре розчиняється у воді, крім того, в воду надходить СО2, що утворюється при диханні і розкладанні, а також з грунту або підземних джерел. На відміну від кисню вуглекислий газ вступає в реакцію з водою:

з утворенням вугільної кислоти, яка реагує з вапном, утворюючи карбонати СО22- і гідрокарбонати НСО3-. Ці сполуки підтримують концентрацію водневих іонів на рівні, близькому до нейтрального значення. Невелика кількість вуглекислого газу у воді підвищує інтенсивність фотосинтезу і стимулює процеси розвитку багатьох організмів. Висока ж концентрація вуглекислого газу є лімітуючим фактором для тварин, так як вона супроводжується низьким вмістом кисню. Наприклад, при занадто високому вмісті вільного вуглекислого газу у воді гинуть багато риби.

кислотність  - концентрація водневих іонів (рН) - тісно пов'язана з карбонатної системою. Значення рН змінюється в діапазоні 0? рН? 14: при рН = 7 середовище нейтральна, при рН<7 - кислая, при рН>7 - лужна. Якщо кислотність не наближається до крайніх значень, то співтовариства здатні компенсувати зміни цього фактора - толерантність спільноти до діапазону рН дуже значна. Кислотність може служити індикатором швидкості загального метаболізму співтовариства. У водах з низьким рН міститься мало біогенних елементів, тому продуктивність тут вкрай мала.

солоність- вміст карбонатів, сульфатів, хлоридів і т.д. - є ще одним значущим абіотичних чинником у водних об'єктах. У прісних водах солей мало, з них близько 80% припадає на карбонати. Зміст мінеральних речовин в світовому океані становить в середньому 35 г / л. Організми відкритого океану зазвичай стеногалінние, тоді як організми прибережних солонуватих вод в загальному Евригалінні. Концентрація солей в рідинах тіла і тканинах більшості морських організмів Ізотонічність концентрації солей в морській воді, так що тут не виникає проблем з осморегуляція.

Течія  не тільки сильно впливає на концентрацію газів і поживних речовин, але і прямо діє як фактор, що лімітує. Багато річкові рослини і тварини морфологічно і фізіологічно особливим чином пристосовані до збереження свого становища в потоці: у них є цілком певні межі толерантності до чинника течії.

гідростатичний тиск  в океані має велике значення. З зануренням в воду на 10 м тиск зростає на 1 атм (105 Па). В найглибшій частині океану тиск сягає 1000 атм (108 Па). Багато тварин здатні переносити різкі коливання тиску, особливо, якщо у них в тілі немає вільного повітря. В іншому випадку можливий розвиток газової емболії. Високі тиску, характерні для великих глибин, як правило, пригнічують процеси життєдіяльності.

Підгрунтям називають шар речовини, що лежить поверх гірських порід земної кори. Російський учений - натураліст Василь Васильович Докучаєв в 1870 році першим розглянув грунт як динамічну, а не інертну середу. Він довів, що грунт постійно змінюється і розвивається, а в її активній зоні йдуть хімічні, фізичні та біологічні процеси. Грунт формується в результаті складної взаємодії клімату, рослин, тварин і мікроорганізмів. Радянський академік грунтознавець Василь Робертович Вільямс дав ще одне визначення грунту - це пухкий поверхневий горизонт суші, здатний виробляти врожай рослин. Ріст рослин залежить від вмісту необхідних поживних речовин в грунті і від її структури.

До складу ґрунту входять чотири основних структурних компонента: мінеральна основа (зазвичай 50-60% загального складу грунту), органічна речовина (до 10%), повітря (15-25%) і вода (25-30%).

Мінеральний скелет грунту- це неорганічний компонент, який утворився з материнської породи в результаті її вивітрювання.

Понад 50% мінерального складу грунту займає кремнезем SiO2, від 1 до 25% припадає на глинозем Al2О3, від 1 до 10% - на оксиди заліза Fe2О3, від 0,1 до 5% - на оксиди магнію, калію, фосфору, кальцію. Мінеральні елементи, що утворюють речовину грунтового скелета, різні за розмірами: від валунів і каменів до піщаних крупинок - часток діаметром 0,02-2 мм, мулу - частинок діаметром 0,002-0,02 мм і найдрібніших частинок глини розміром менше 0,002 мм в діаметрі. Їх співвідношення визначає механічну структуру ґрунту . Вона має велике значення для сільського господарства. Глини і суглинки, що містять приблизно рівну кількість глини і піску, зазвичай придатні для росту рослин, так як містять достатньо поживних речовин і здатні утримувати вологу. Піщані грунти швидше дренуються і втрачають поживні речовини через вилуговування, але їх вигідніше використовувати для отримання ранніх урожаїв, так як їх поверхню висихає навесні швидше, ніж у глинистих ґрунтів, що призводить до кращому прогріванню. Зі збільшенням каменистости грунту зменшується її здатність утримувати воду.

органічна речовина  грунту утворюється при розкладанні мертвих організмів, їх частин та екскрементів. Чи не повністю розклалися органічні залишки називаються підстилкою, а кінцевий продукт розкладання - аморфне речовина, в якому вже неможливо розпізнати первинний матеріал, - називається гумусом. Завдяки своїм фізичним і хімічним властивостям гумус покращує структуру грунту та його аерацію, а також підвищує здатність утримувати воду і поживні речовини.

Одночасно з процесом гуміфікації життєво важливі елементи переходять їх органічних сполук в неорганічні, наприклад: азот - в іони амонію NH4 +, фосфор - в ортофосфатіони H2PO4-, сірка - в сульфатіони SO42-. Цей процес називається мінералізацією.

Грунтовий повітря так само як і грунтова вода, знаходиться в порах між частками ґрунту. Порозность зростає від глин до суглинках і пісках. Між грунтом і атмосферою відбувається вільний газообмін, в результаті чого газовий склад обох середовищ має подібний склад. Зазвичай в повітрі грунту з-за дихання населяють її організмів дещо менше кисню і більше вуглекислого газу, ніж в атмосферному повітрі. Кисень необхідний для коренів рослин, грунтових тварин і організмів-редуцентов, що розкладають органічну речовину на неорганічні складові. Якщо йде процес заболочування, то грунтовий повітря витісняється водою і умови стають анаеробними. Грунт поступово стає кислою, так як анаероби продовжують виробляти вуглекислий газ. Грунт, якщо вона небагата підставами, може стати надзвичайно кислої, а це поряд з виснаженням запасів кисню несприятливо впливає на грунтові мікроорганізми. Тривалі анаеробні умови ведуть до відмирання рослин.

Грунтові частинки утримують навколо себе певну кількість води, яка визначає вологість грунту. Частина її, звана гравітаційної водою, може вільно просочуватися в глиб грунту. Це веде до вимивання з грунту різних мінеральних речовин, в тому числі азоту. Вода може також утримуватися навколо окремих колоїдних частинок у вигляді тонкої міцної пов'язаної плівки. Цю воду називають гигроскопической. Вона адсорбується на поверхні частинок за рахунок водневих зв'язків. Ця вода найменш доступна для коренів рослин і саме вона останньої утримується в дуже сухих ґрунтах. Кількість гигроскопической води залежить від вмісту в грунті колоїдних частинок, тому в глинистих ґрунтах її набагато більше - приблизно 15% маси грунту, ніж в піщанистих - приблизно 0,5%. У міру того, як накопичуються шари води навколо грунтових частинок, вона починає заповнювати спочатку вузькі пори між цими частками, а потім поширюється в усі більш широкі пори. Гігроскопічна вода поступово переходить в капілярну, яка утримується навколо грунтових частинок силами поверхневого натягу. Капілярна вода може підніматися по вузьких порах і канальцям від рівня грунтових вод. Рослини легко поглинають капілярну воду, яка грає найбільшу роль в регулярному постачанні їх водою. На відміну від гігроскопічної вологи ця вода легко випаровується. Тонкоструктурних грунту, наприклад глини, утримують більше капілярної води, ніж грубоструктурний, такі, як піски.

Вода необхідна всім ґрунтовим організмам. Вона надходить в живі клітини шляхом осмосу.

Вода також важлива як розчинник для поживних речовин і газів, що поглинаються з водного розчину корінням рослин. Вона бере участь в руйнуванні материнської породи, що підстилає грунт, і в процесі почвообразовнія.

Хімічні властивості грунту залежать від вмісту мінеральних речовин, які знаходяться в ній у вигляді розчинених іонів. Деякі іони є для рослин отрутою, інші - життєво НЕ-обхідних. Концентрація в грунті іонів водню (кислотність) рН\u003e 7, тобто в середньому близька до нейтрального значення. Флора таких грунтів особливо багата видами. Вапняні і засолені грунти мають рН = 8 ... 9, а торф'яні - до 4. На цих грунтах розвивається специфічна рослинність.

У грунті мешкає безліч видів рослинних і тваринних організмів, що впливають на її фізико-хімічні характеристики: бактерії, водорості, гриби або найпростіші одноклітинні, черви і членистоногі. Біомаса їх у різних грунтах дорівнює (кг / га): бактерій 1000-7000, мікроскопічних грибів - 100-1000, водоростей 100-300, членистоногих - 1000, хробаків 350-1000.

У грунті здійснюються процеси синтезу, біосинтезу, протікають різні хімічні реакції перетворення речовин, пов'язані з життєдіяльністю бактерій. При відсутності в грунті спеціалізованих груп бактерій їх роль виконують грунтові тварини, які переводять великі рослинні залишки в мікроскопічні частинки і таким чином роблять органічні речовини доступними для мікроорганізмів.

Органічні речовини виробляються рослинами при використанні мінеральних солей, сонячної енергії та води. Таким чином, грунт втрачає мінеральні речовини, які рослини взяли з неї. У лісах частина поживних речовин знову повертається в грунт через листопад. Культурні рослини за якийсь період часу вилучають з грунту значно більше біогенних речовин, ніж повертають в неї. Зазвичай втрати поживних речовин заповнюються внесенням мінеральних добрив, які в основному прямо не мо-гут бути використані рослинами і повинні бути трансформовані мікроорганізмами в біологічно доступну форму. При відсутності таких мікроорганізмів грунт втрачає родючість.

Основні біохімічні процеси протікають у верхньому шарі грунту товщиною до 40 см, так як в ньому мешкає найбільша кількість мікроорганізмів. Одні бактерії беруть участь в циклі перетворення тільки одного елемента, інші - в циклах перетворення багатьох елементів. Якщо бактерії минерализуют органічна речовина - розкладають органічну речовину на неорганічні сполуки, то найпростіші знищують надмірну кількість бактерій. Дощові черв'яки, личинки жуків, кліщі розпушують ґрунт і цим сприяють її аерації. Крім того, вони переробляють важко розщеплюються органічні речовини.

До абіотичних факторів середовища проживання живих організмів відносяться також чинники рельєфу (топографія) . Вплив топографії тісно пов'язане з іншими абіотичними факторами, так як вона може сильно позначатися на місцевому кліматі і розвитку грунту.

Головним топографічним фактором є висота над рівнем моря. З висотою знижуються середні температури, збільшується добовий перепад температур, зростають кількість опадів, швидкість вітру і інтенсивність радіації, знижуються атмосферний тиск і концентрації газів. Всі ці фактори впливають на рослини і тварин, обумовлюючи вертикальну зональність.

гірські ланцюгиможуть служити кліматичними бар'єрами. Гори служать також бар'єрами для поширення і міграції організмів і можуть грати роль лімітує фактора в процесах видоутворення.

Ще один топографічний чинник - експозиція схилу . У північній півкулі схили, звернені на південь, отримують більше сонячного світла, тому інтенсивність світла і температура тут вище, ніж на дні долин і на схилах північної експозиції. У південній півкулі має місце зворотна ситуація.

Важливим фактором рельєфу є також крутизна схилу . Для крутих схилів характерні швидкий дренаж і змивання грунтів, тому тут грунту малопотужні і більш сухі. Якщо ухил перевищує 35Ь, грунт і рослинність зазвичай не утворюються, а створюються осипи з пухкого матеріалу.

Серед абіотичних факторів на особливу увагу заслуговує вогонь   або пожежа . В даний час екологи прийшли до однозначної думки, що пожежа треба розглядати як один з природних абіотичних факторів поряд з кліматичними, едафічними та іншими факторами.

Пожежі як екологічний фактор бувають різних типів і залишають після себе різні наслідки. Верхові або дикі пожежі, тобто дуже інтенсивні і не піддаються стримування, руйнують всю рослинність і всю органіку грунту, наслідки ж низових пожеж зовсім інші. Верхові пожежі надають обмежуючого дію на більшість організмів - биотическому спільноті доводиться починати все спочатку, з того небагато чого, що залишилося, і має пройти багато років, поки ділянку знову стане продуктивним. Низові пожежі, навпаки, мають вибіркову дію: для одних організмів вони виявляються більш лімітуючим, для інших - менш лімітуючим фактором і таким чином сприяють розвитку організмів з високою толерантністю до пожеж. Крім того, невеликі низові пожежі доповнюють дію бактерій, розкладаючи померлі рослини і прискорюючи перетворення мінеральних елементів живлення в форму, придатну для використання новими поколіннями рослин.

Якщо низові пожежі трапляються регулярно раз в декілька років, на землі залишається мало хмизу, це знижує ймовірність загоряння крон. У лісах, що не горіли понад 60 років, накопичується стільки горючою підстилки і відмерлої деревини, що при її запаленні верхова пожежа майже неминучий.

Рослини виробили спеціальні адаптації до пожежі, так само, як вони зробили по відношенню до інших абіотичних факторів. Зокрема, нирки злаків і сосен приховані від вогню в глибині пучків листя або хвоїнок. В періодично вигоряючими місцепроживання ці види рослин отримують переваги, так як вогонь сприяє їх збереженню, вибірково сприяючи їх процвітання. Широколистяні ж породи позбавлені захисних пристосувань від вогню, він для них згубний.

Таким чином, пожежі підтримують стійкість лише деяких екосистем. Листопадним і вологим тропічним лісам, рівновагу яких складалося без впливу вогню, навіть низова пожежа може завдати великої шкоди, зруйнувавши багатий гумусом верхній горизонт ґрунту, привівши до ерозії і вимивання з неї біогенних речовин.

Питання "палити або не палити" незвичний для нас. Наслідки випалювання можуть бути дуже різними в залежності від часу і інтенсивності. За свою необережність чоловік нерідко буває причиною збільшення частоти диких пожеж, тому необхідно активно боротися за пожежну безпеку в лісах і зонах відпочинку. Приватна особа ні в якому разі не має права навмисно або випадково викликати пожежу в природі. Разом з тим необхідно знати, що використання вогню спеціально навченими людьми є частиною правильного землекористування.

Для абіотичних умов справедливі все розглянуті закони впливу екологічних факторів на живі організми. Знання цих законів дозволяє відповісти на питання: чому в різних регіонах планети сформувалися різні екосистеми? Основна причина - своєрідність абіотичних умов кожного регіону.

Популяції концентруються на певній території і не можуть бути поширені всюди з однаковою щільністю, оскільки мають обмежений діапазон толерантності по відношенню до факторів навколишнього середовища. Отже, для кожного поєднання абіотичних факторів характерні свої види живих організмів. Безліч варіантів поєднань абіотичних факторів і пристосованих до них видів живих організмів обумовлюють різноманітність екосистем на планеті.

1.2.6. Основні біотичні фактори.

Ареали поширення і чисельність організмів кожного виду обмежуються як умовами зовнішньої неживої середовища, але і їх відносинами з організмами інших видів. Безпосереднє живе оточення організму складає його   биотическую середу , А фактори цього середовища називаються биотическими . Представники кожного виду здатні існувати в такому оточенні, де зв'язки з іншими організмами забезпечують їм нормальні умови життя.

Виділяють наступні форми біотичних відносин. Якщо позначити позитивні результати відносин для організму знаком "+", негативні результати - знаком "-", а відсутність результатів - "0", то зустрічаються в природі типи взаємин між живими організмами можна представити у вигляді табл. 1.

Ця схематична класифікація дає загальне уявлення про різноманітність біотичних відносин. Розглянемо характерні особливості відносин різних типів.

конкуренція  є в природі найбільш всеохоплюючим типом відносин, при якому дві популяції або дві особи в боротьбі за необхідні для життя умови впливають один на одного негативно .

Конкуренція може бути внутрішньовидової   і міжвидової . Внутрішньовидова боротьба відбувається між особинами одного і того ж виду, міжвидова конкуренція має місце між особинами різних видів. Конкурентне взаємодія може стосуватися:

· Життєвого простору,

· Їжі або біогенних елементів,

· Місця укриття і багатьох інших життєво важливих факторів.

Переваги в конкурентній боротьбі досягаються видами різними способами. При однаковому доступі до ресурсу загального користування один вид може мати перевагу перед іншими за рахунок:

· Більш інтенсивного розмноження,

· Споживання більшої кількості їжі або сонячної енергії,

· Здатності краще захистити себе,

· Адаптуватися до більш широкого діапазону температур, освітленості або концентрації певних шкідливих речовин.

Міжвидова конкуренція, незалежно від того, що лежить в її основі, може привести або до встановлення рівноваги між двома видами, або до заміні популяції одного виду популяцією іншого, або до того, що один вид витіснить інший в інше місце або ж змусить його перейти на використання інших ресурсів. Встановлено, що два однакових в екологічному відношенні і потребах виду не можуть співіснувати в одному місці і рано чи пізно один конкурент витісняє іншого. Це так званий принцип виключення або принцип Гаузе.

Популяції деяких видів живих організмів уникають або знижують конкуренцію переселенням в інший регіон з прийнятними для себе умовами або переходом на більш важкодоступну або трудноусваиваемой їжу, або зміною часу або місця видобутку корми. Так, наприклад, яструби харчуються днем, сови - вночі; леви полюють на більших тварин, а леопарди - на більш дрібних; для тропічних лісів характерна склалася стратифікація тварин і птахів по ярусах.

З принципу Гаузе випливає, що кожен вид в природі займає певний своєрідне місце. Воно визначається положенням виду в просторі, виконуваними їм функціями в співтоваристві і його ставленням до абіотичних умов існування. Місце, займане виглядом або організмом в екосистемі, називається екологічною нішею.   Образно кажучи, якщо місцепроживання - це як би адресу організмів даного виду, то екологічна ніша - це професія, роль організму в місці його проживання.

Вид займає свою екологічну нішу, щоб виконувати відвойовану їм у інших видів функцію тільки йому властивим способом, освоюючи таким чином середовище проживання і в той же час формуючи її. Природа дуже економна: навіть два види, що займають одну і ту ж екологічну нішу, не можуть стійко існувати. У конкурентній боротьбі один вид витіснить інший.

Екологічна ніша як функціональне місце виду в системі життя не може довго порожнім - про це говорить правило обов'язкового заповнення екологічних ніш: порожня екологічна ніша завжди буває природно заповнена. Екологічна ніша як функціональне місце виду в екосистемі дозволяє формі, здатної виробити нові пристосування, заповнити цю нішу, проте іноді це вимагає значного часу. Нерідко здаються фахівця порожні екологічні ніші - лише обман. Тому людина повинна бути гранично обережним з висновками про можливість заповнення цих ніш шляхом акліматизації (інтродукції). Акліматизація   - це комплекс заходів по вселення виду в нові місця проживання, що проводиться з метою збагачення природних або штучних спільнот корисними для людини організмами.

Розквіт аккліматізаторства припав на двадцяті - сорокові роки двадцятого століття. Однак з часом стало очевидно, що або досліди акліматизації видів були безуспішні, або, що гірше, принесли вельми негативні плоди - види стали шкідниками або поширювали небезпечні захворювання. Наприклад, з акліматизуватися в європейській частині далекосхідної бджолою були занесені кліщі, які з'явилися збудниками захворювання вароатозу, що погубив велике число бджолосімей. Інакше і не могло бути: поміщені в чужу екосистему з фактично зайнятою екологічної нішею нові види витісняли тих, хто вже виконував аналогічну роботу. Нові види не відповідали потребам екосистеми, іноді не мали ворогів і тому могли бурхливо розмножуватися.

Класичним прикладом тому є інтродукція кролів в Австралію. У 1859 році в Австралії з Англії для спортивного полювання завезли кроликів. Природні умови виявилися для них сприятливими, а місцеві хижаки - дінго - безпечними, так як бігали недостатньо швидко. В результаті кролики розплодилися настільки, що на великих територіях знищили рослинність пасовищ. У деяких випадках введення в екосистему природного ворога заносного шкідника приносило успіх в боротьбі з останнім, але тут не все так просто, як здається на перший погляд. Завезений ворог зовсім необов'язково зосередиться на винищення своєї звичної видобутку. Наприклад, лисиці, інтродуковані до Австралії для знищення кроликів, знайшли в достатку більш легку здобич - місцевих сумчастих, не доставляючи запланованої жертві особливих клопотів.

Конкурентні відносини чітко спостерігаються не тільки на межвидовом, але і на внутрішньовидової (популяційному) рівні. При зростанні популяції, коли чисельність її особин наближається до насичення, вступають в дію внутрішні фізіологічні механізми регуляції: зростає смертність, знижується плодючість, виникають стресові ситуації, бійки. Вивченням цих питань займається популяційна екологія.

Конкурентні відносини є одним з найважливіших механізмів формування видового складу співтовариств, просторового розподілу видів популяцій і регулювання їх чисельності.

Оскільки в структурі екосистеми переважають харчові взаємодії, найбільш характерною формою взаємодії видів в трофічних ланцюгах є хижацтво , При якому особина одного виду, звана хижаком, харчується організмами (або частинами організмів) іншого виду, званого жертвою, причому хижак живе окремо від жертви. У таких випадках кажуть, що два види залучені у відносини хижак - жертва.

Види-жертви виробили цілий ряд захисних механізмів, щоб не стати легкою здобиччю для хижака: вміння швидко бігати або літати, виділення хімічних речовин із запахом, що відлякує хижака або навіть отруйних його, володіння товстою шкірою або панциром, захисної забарвленням або здатністю змінювати колір.

У хижаків теж є кілька способів видобутку жертви. М'ясоїдні, на відміну від травоїдних, зазвичай змушені переслідувати і наздоганяти свою жертву (порівняйте, наприклад, рослиноїдних слонів, бегемотів, корів з м'ясоїдними гепардами, пантерами і т.п.). Одні хижаки змушені швидко бігати, інші досягають своєї мети, полюючи зграями, треті відловлюють переважно хворих, поранених і неповноцінних особин. Інший шлях забезпечення себе тваринною їжею - це шлях, по якому пішла людина, - винахід знарядь лову і одомашнення тварин.

Кожен вид живих організмів мешкає в певних умовах  - у воді, на землі, в грунті або в тілі іншого організму. Так, риби, раки, молюски та інші водяні тварини, багато рослин все життя проводять в воді.  Більшість рослин, звірів і птахів живуть в наземно-повітряному середовищі.

Все, що оточує живі організми, називається середовищем їхнього життя або навколишнім середовищем.

Навколишнє середовище являє собою  всі тіла (живі і неживі), а також явища природи, які прямо або побічно впливають на організми.

Окремі компоненти середовища, які впливають на організми, називаються факторами середовища. Серед них виділяють фактори живої і неживої природи.

До факторів неживої природи, або абіотичних факторів,  відносяться світло, температура, вода, повітря, вітер, атмосферний тиск.

Фактори живої природи, або біотичні чинники,  - це будь-які взаємодії живих організмів. Так, одні організми можуть служити кормом для інших або, навпаки, поїдаючи і зменшуючи запаси корму, викликати тим самим скорочення чисельності інших видів.

В окрему групу факторів виділені всі види людської діяльності, Що впливають на живі організми.

Зв'язки живих організмів із середовищем проживання, а також співтовариства живих організмів вивчає наука екологія  (Від грецького слова ойкос - житло, і логос - наука). Тому фактори середовища називаються екологічними.

Для життя організмів, що становлять природні співтовариства, необхідні певні умови. Умови життя залежать від впливу різних екологічних факторів.

Ви вже знаєте, що практично для всього живого на Землі джерелом енергії служить Сонце. Рослини в ході фотосинтезу перетворюють енергію Сонця в енергію органічних речовин. травоїдні тварини поїдають рослини і використовують речовини, накопичені рослинами, для побудови свого тіла і отримання енергії. Таким чином, значна частина органічних речовин рослин переходить в тіла рослиноїдних організмів і витрачається на побудову нових клітин і на отримання енергії. Рослиноїдних тварин поїдають хижаки.

Таким чином, найважливішу роль в природному співтоваристві відіграють рослини, Тому ми будемо розглядати особливості природних співтовариств на їх прикладі.

Всі екологічні фактори впливають на рослину і потрібні для їх життя. Але особливо різкі зміни в зовнішньому вигляді і у внутрішній будові рослини викликають такі фактори неживої природи, Як світло, температура, вологість.

Одним з головних абіотичних факторів є сонячне світло  - основне джерело енергії, що надходить на Землю. Завдяки енергії сонячних променів в рослинах відбувається фотосинтез. Впливає він і на інші функції рослинного організму - на його зростання, цвітіння, плодоношення, проростання насіння.

За вимогливості до інтенсивності освітлення виділяють три групи рослин:  світлолюбні, тіньолюбні і тіньовитривалі.

світлолюбні рослини  живуть тільки на освітлених сонцем відкритих місцях. Вони широко поширені в сухих степах і напівпустелях, високогірних луках, пустирях, де рослинний покрив рідкісний і рослини не затінюють один одного. До світлолюбних відносять   степові і лугові трави, мати - і - мачуху, очиток, бур'яни, пшеницю, соняшник, з деревних порід - сосну, березу, модрину, білу акацію.

тіньолюбні рослини  не виносять прямого сонячного світла і добре ростуть тільки в затінених місцях. Це трав'янисті рослини ялинових лісів і дібров, наприклад кислиця, вороняче око, майнік дволиста, анемона, багато лісові папороті й мохи.

тіньовитривалі рослини  краще ростуть при прямому освітленні сонячними променями, однак здатні виносити і затінення. У цю групу рослин входять багато деревних порід з густими кронами, в яких частина листя сильно затінюється ( липа, дуб, ясен), Багато трав'янисті рослини лісів, галявин і лугів.

Важливим абиотическим фактором середовища є температура. Коливання температури на земній кулі досягають широких меж: від + 50-60 ° С в пустелях до - 70-80 ° С в Антарктиді, проте життя існує і в таких екстремальних умовах.

Кожен вид живих організмів пристосувався до певного температурного режиму. Але для всіх рослин небезпечні як перегрів, так і надмірне охолодження.

Дія надмірно високих температур  може викликати у рослин висушування, опіки, руйнування хлорофілу, порушення процесів життєдіяльності і привести до загибелі.

Впливу високих температур, часто поєднується з недостатньою кількістю вологи, нерідко піддаються світлолюбні рослини. У цих рослин виробилися різноманітні пристосування, що дозволяють уникнутишкідливих наслідків перегріву:  вертикальне положення листя, зменшення поверхні листа, розвиток колючок (у кактусів), здатність до запасання великої кількості води, добре розвинена коренева система, густе опушення, що додає листю світле забарвлення і підсилює відображення падаючого світла.

холод  також може несприятливо впливати на рослини. При замерзанні води в міжклітинних просторах і всередині клітини утворюються кристали льоду, що викликають пошкодження клітин і їх загибель.

Рослини холодних областей мають дуже дрібні листя і невеликі розміри (наприклад, карликова береза ​​та карликова верба). Їх висота відповідає глибині снігового покриву, так як всі частини, що виступають над снігом, гинуть.

У деяких чагарників і дерев починає переважати зростання в горизонтальному напрямку, наприклад у кедрового стланика, ялівцю. Їх гілки стеляться по землі і не піднімаються вище звичайної глибини снігового покриву.

У холодну пору року у рослин уповільнюються всі життєві процеси. Рослини скидають листя. У багатьох трав'янистих рослин відмирають надземні органи. Деякі водорості опускаються на дно водойм або утворюють зимуючі бруньки.

Також важливим абиотическим фактором є вологість, Так як без води не може існувати жоден організм. Джерелом води для рослин служать атмосферні опади, водойми, підземні води, роса і туман. У рослин пустель, сухих степів вода становить від 30 до 65% від загальної маси, у лісостепових рослин - до 70-80%, у вологолюбних досягає 90%.

По відношенню до вологості рослини можна розділити на три групи.

1. Рослини водних і надлишково зволожених місць проживання.

2. Рослини сухих місць проживання, що володіють великою посухостійкістю.

3. Рослини, що живуть в середніх (достатніх) умов зволоження.

Рослини, що входять в ці екологічні групи, мають характерні для них особливості зовнішньої та внутрішньої будови.

Тепер перейдемо до розгляду біотичних факторів і дізнаємося, як живі організми впливають один на одного.

Тварини харчуються рослинами, запилюють їх, розносять плоди і насіння. Великі рослини можуть затінювати молоді, дрібні. Деякі рослини використовують інші в якості опори.

З кожним роком збільшується вплив діяльності людини на природу. Людина осушує болота і зрошує посушливі землі, створюючи сприятливі умови для вирощування сільськогосподарських культур. Він виводить нові високопродуктивні і стійкі до захворювань сорти рослин. Людина сприяє збереженню і поширенню цінних рослин.

Але діяльність людини може завдати природі шкоду. Так, неправильне зрошення викликає заболачіваяня і засолення грунтів  і часто призводить до загибелі растіний. Через вирубку лісів руйнується родючий шар ґрунту  і навіть можуть утворитися пустелі. Подібних прикладів можна навести багато, і всі вони свідчать про те, що людина має великий вплив на рослинний світ і природу в цілому.

Життя організмів залежить від багатьох умов: температури. освітленості, вологості, інших організмів. Безокружающей середовища живі організми не здатні дихати, харчуватися, рости, розвиватися, давати потомство.

Екологічні фактори середовища

Навколишнє середовище - це місце існування організмів з певною сукупністю умов. У природі рослинний або тваринний організм знаходиться під впливом повітря, світла, води, гірських порід, грибів, бактерій, інших рослин і тварин. Всі перераховані компоненти середовища називають екологічними факторами. Дослідженням взаємин організмів з середовищем займається наука - екологія.

Вплив факторів неживої природи на рослини

Недолік або надлишок будь-якого фактора пригнічує організм: знижує швидкість росту і обміну речовин, викликає відхилення від нормального розвитку. Одним з найважливіших екологічних чинників, особливо для рослин, служить світло. Його недолік негативно впливає на фотосинтез. Рослини, які виросли при недоліку світла, мають бліді, довгі і нестійкі пагони. При сильному освітленні і високій температурі повітря рослини можуть отримати опіки, які призводять до омертвіння тканин.

При зниженні температури повітря і грунту зростання рослин сповільнюється або зовсім припиняється, листя в'януть і чорніють. Недолік вологи призводить до в'янення рослин, а її надлишок утруднює дихання коренів.

У рослин сформувалися пристосування до життя при дуже різних значеннях екологічних факторів: від яскравого світла до темряви, від морозу до спеки, від великої кількості вологи до великої сухості.

Зростаючі на світлі рослини приземкуваті, з укороченими пагонами і розетковим розташуванням листя. Часто листя у них блискучі, що сприяє відображенню світла. Пагони рослин, що ростуть в темряві, витягнуті у висоту.

У пустелях, де високі температури і знижена вологість, листя дрібне або зовсім відсутні, що перешкоджає випаровуванню води. У багатьох пустельних рослин утворюється біле опушення, що сприяє відображенню сонячних променів і запобіганню від перегріву. У холодному кліматі поширені сланкі рослини. Їх пагони з бруньками зимують під снігом і не піддаються впливу низьких температур. У морозостійких рослин в клітинах накопичуються органічні речовини, що збільшують концентрацію клітинного соку. Це робить рослина взимку більш витривалим.

Вплив факторів неживої природи на тварин

Життя тварин також залежить від факторів неживої природи. При несприятливій температурі сповільнюється зростання і статеве дозрівання тварин. Пристосуванням до холодного клімату служить пухової, пір'яний і вовняний покриви у птахів і ссавців. Велике значення в регуляції температури тіла мають особливості поведінки тварин: активне переміщення в місця з більш сприятливими температурами, створення притулків, зміна активності в різні пори року і доби. Для переживання несприятливих зимових умов ведмеді, ховрахи, їжаки впадають в сплячку. У найспекотніші години багато птахів ховаються в тінь, розпускають крила і розкривають дзьоб.

Тварини - мешканці пустель, мають різноманітні пристосування до перенесення сухості повітря і високої температури. Слонова черепаха запасає воду в сечовому міхурі. Багато гризунів задовольняються водою тільки з злиденні. Комахи, рятуючись від перегріву, регулярно піднімаються в повітря або зариваються в пісок. У деяких ссавців вода утворюється з відкладеного жиру (верблюди, курдючні вівці, жірнохвостих тушканчики).

Екологія - одна з основних складових біології, яка вивчає взаємодію навколишнього середовища з організмами. Середовище включає в себе різні фактори живої і неживої природи. Вони можуть бути як фізичними, так і хімічними. У числі перших можна назвати температуру повітря, сонячні промені, воду, структуру ґрунту і товщину її шару. До факторів неживої природи відносяться також склади грунту, повітря і розчиняються у воді речовин. Крім того, існують ще й біологічні чинники - організми, які мешкають в такій місцевості. Про екологію вперше стали говорити в 60-х роках минулого століття, виникла вона з такої дисципліни, як природна історія, кото займалася спостереженнями за організмами і їх описом. Далі в статті будуть описані різні явища, що формують навколишнє середовище. З'ясуємо також, що таке фактори неживої природи.

Загальна інформація

Для початку визначимо, чому організми мешкають саме в певних місцях. Цим питанням задалися натуралісти під час дослідження земної кулі, коли вони складали список всіх живих істот. Тоді було виявлено дві характерні риси, які спостерігалися по всій території. Перша - в кожній новій області визначаються нові види, які не виявлялися раніше. Вони поповнюють список офіційно зареєстрованих. Друге - незалежно від зростаючого числа видів, існує кілька основних типів організмів, які зосереджені в одному місці. Так, біоми - це великі спільноти, які живуть на суші. Кожна група має свою структуру, в якій домінує рослинність. Але чому в різних частинах земної кулі, навіть знаходяться на величезній відстані один від одного, можна зустріти схожі групи організмів? Давайте розбиратися.

Людина

В Європі та Америці існує думка, що людина створена, щоб підкорювати природу. Але на сьогоднішній день стало ясно, що люди - складова частина середовища проживання, а не навпаки. Тому суспільство виживе тільки в тому випадку, якщо буде жива природа (рослини, бактерії, гриби і тварини). Головним завданням людства є збереження екосистеми Землі. Але для того, щоб вирішити, як не слід поступати, нам необхідно вивчити закони взаємодії організмів. Фактори неживої природи мають особливе значення в житті людини. Наприклад, ні для кого не секрет, як важлива сонячна енергія. Вона забезпечує стабільне протікання багатьох процесів в рослинах, в тому числі і культурних. Їх вирощує людина, забезпечуючи себе їжею.

Екологічні фактори неживої природи

В областях, які мають незмінний клімат, мешкають біоми одного типу. Які фактори неживої природи взагалі існують? З'ясуємо це. Рослинність визначається за рахунок клімату, а вигляд спільноти - за рахунок рослинності. Фактором неживої природи є сонце. Поруч з екватором промені вертикально падають на землю. За рахунок цього тропічні рослини отримують більше ультрафіолету. Інтенсивність променів, які падають у високих широтах Землі, слабкіше, ніж поблизу екватора.

сонце

Необхідно зауважити, що за рахунок нахилу земної осі в різних областях температура повітря змінюється. Крім тропіків. Сонце відповідає за температуру середовища. Наприклад, за рахунок вертикальних променів, в тропічних областях постійно тримається спека. В таких умовах зростання рослин прискорюється. На видове різноманіття тій чи іншій території впливають температурні коливання.

Вологість

Фактори неживої природи взаємопов'язані один з одним. Так, вологість залежить від кількості отриманого ультрафіолету і від температури. Тепле повітря зберігає водяні пари краще, ніж холодний. Під час охолодження повітря, 40% вологи конденсується, опускаючись на землю у вигляді роси, снігу або дощу. В області екватора теплі повітряні потоки піднімаються, проріджуються, а потім охолоджуються. В результаті цього на деяких територіях, які розташовані поблизу екватора, опади випадають у величезній кількості. Прикладами можна вважати басейн Амазонки, який знаходиться в Південній Америці, і басейн річки Конго в Африці. За рахунок великої кількості опадів тут існують тропічні ліси. В областях, де повітряні маси розсмоктуються на північ і південь одночасно, і повітря, охолоджуючись, знову опускається на землю, простяглися пустелі. Далі на північ і на південь, в широтах США, Азії і Європи, постійно змінюється погода - за рахунок сильних вітрів (іноді з боку тропіків, а іноді - з полярною, холодної сторони).

Грунт

Третім фактором неживої природи є грунт. Вона має сильний вплив на розподіл організмів. Вона формується на основі зруйнованої корінний породи з додаванням органічних речовин (мертвих рослин). Якщо відсутня необхідна кількість мінералів, рослина буде погано розвиватися, в подальшому може зовсім померти. Грунт має особливе значення в сільськогосподарській діяльності людини. Як відомо, люди вирощують різні культури, які потім використовують у їжу. Якщо склад грунту буде незадовільним, то, відповідно, рослини не зможуть отримати всі необхідні речовини з неї. А це, в свою чергу, призведе до втрат врожаю.

Фактори живої природи

Будь-яка рослина розвивається не окремо, а взаємодіючи з іншими представниками середовища. Серед них гриби, тварини, рослини і навіть бактерії. Зв'язок між ними може бути найрізноманітніша. Починаючи від приносить користі один одному і закінчуючи негативним впливом на той чи інший організм. Симбіоз - це модель взаємодії між різноманітними особинами. У народі цей процес називають "співжиттям" різних організмів. Важливе значення в цих відносинах мають фактори неживої природи.

приклади