Конспект урока: Закономерности влияния экологических факторов на организмы

Изменчивость экологических факторов

Такие факторы среды, как сила тяготения, солевой состав морской воды и газовый состав атмосферы, на протяжении длительного времени остаются относительно постоянными. 

Большинство же экологических факторов постоянно изменяются во времени и пространстве. Причём эта изменчивость может быть регулярной, периодической (например, смена суточной освещённости, сезонные изменения температуры, приливы и отливы, уменьшение количества кислорода при подъёме в горы и т. д.) или нерегулярной (изменения погоды, наводнение, лесной пожар).

Степень изменчивости каждого экологического фактора зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно колеблется в наземно-воздушной среде, но почти постоянна на дне океана или в глубоких слоях почвы. Паразиты, обитающие внутри тела хозяина, живут в условиях избытка пищи, а свободно живущие хищники периодически испытывают голод. Популяции организмов, обитающие в какой-то определённой среде, приспосабливаются к ней в ходе естественного отбора. У них вырабатываются те или иные морфологические и физиологические особенности, позволяющие существовать именно в этих и ни в каких других условиях.

Влияние экологических факторов на организмы и их взаимодействие

Факторы, препятствующие нормальному развитию живого организма из-за их избытка или недостатка по сравнению с потребностями, называются лимитирующими .

Это свойство живых организмов имеет очень важное значение, оно позволяет приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям. У разных видов толерантность по отношению к тем или иным факторам выражена в разной степени. Например, для растения может оказаться губительным как недостаток, так и избыток влаги в почве.

Графически закон оптимума выражается симметричной куполообразной кривой (кривая толерантности), показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора.

Рис. 1. Кривая толерантности

Пределами выносливости (экологической валентностью)  называют минимальное и максимальное значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность. Границы, за пределами которых наступает гибель организмов, являются нижними и верхними границами выносливости вида. Их называют  критическими точками . Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая.

Самые высокие показатели жизнедеятельности наблюдаются при оптимальных значениях фактора для организмов исследуемого вида.

Организмы с широкими диапазонами выносливости ко всем факторам среды распространены более широко. Однако, если организм имеет широкий диапазон устойчивости по одному фактору, это не значит, что у него и по остальным факторам такие же широкие границы.

Организмы, которые способны существовать в разнообразных условиях внешней среды, называют  эврибионтными — таков, например бурый медведь, живущий в разных климатических условиях, от Арктики до субтропиков. Стенобионтные организмы приспособлены к обитанию в узком диапазоне условий среды. Например, форель живёт только в чистых горных реках с высоким содержанием кислорода в воде. Молодь ручьевой форели хорошо развивается при концентрации кислорода 2 мг/л; при снижении концентрации до 1,6 мг/л вся форель гибнет.

У всех организмов в ходе эволюции выработалась способность приспосабливаться к тому или иному диапазону факторов. У некоторых видов пределы выносливости по определённому фактору узкие. Это означает, что они могут существовать только в относительно постоянных условиях среды. В этом случае получаются узкие кривые.

Пологие кривые наблюдаются в том случае, если пределы выносливости вида по данному фактору широкие. У видов с широким диапазоном толерантности больше возможностей для распространения в окружающей среде.

Но по разным факторам пределы выносливости отличаются: по одному фактору вид может иметь широкие пределы, а по другим — узкие.

Виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособлены к широким колебаниям влажности или солевого режима. Например, многие земноводные могут выдерживать значительные колебания температуры, но не переносят даже кратковременного высыхания кожи.

Переносить мороз в безветренную погоду значительно легче, чем при сильном ветре. Жару организм переносит значительно хуже при высокой влажности.

Немецкий учёный Юстус Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества или минерального элемента, который представлен в почве в наименьшем количестве.

Образное представление закона минимума — так называемая «бочка Либиха».

Рис. 2. Бочка Либиха

Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке, и длина остальных досок уже не имеет значения.

 

Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то растение будет развиваться только до тех пор, пока не усвоит весь фосфор. Ограничивающим дальнейший рост фактором станет низкое содержание фосфора. Для увеличения продуктивности необходимо внести в почву именно фосфорсодержащее удобрение.

Но избыток какого-либо экологического фактора может оказывать такое же негативное влияние на развитие организма, как и его недостаток.

Все факторы окружающей среды, которые воздействуют на представителей определённого вида, взаимосвязаны между собой, поэтому в процессе эволюции организмы приспосабливаются не к каждому фактору в отдельности, а сразу к целому их комплексу. Совокупность всех факторов, которые требуются для существования вида, определяет его экологическую нишу.