Различают три группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы – это элементы неживой природы, воздействующие на живой организм. К ним относят такие характеристики неживой природы, как свет, температуру, влажность, химический состав воды, воздуха, почвы, давление, рельеф местности, ветер, водные течения, приливы и отливы, смену времён года и многие другие.
Биотические факторы – это все виды влияния на организмы со стороны других живых организмов. Такое воздействие может быть прямым, например, если хищник съедает свою жертву, или косвенным, если один организм изменяет среду обитания другого организма.
Антропогенные факторы – это все формы человеческой деятельности, которые оказывают воздействие на живую природу. На протяжении истории человечества значение этой группы факторов неуклонно возрастает.
Закономерности влияния экологических факторов на организмы. Большинство 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 воздействия любого фактора на живые организмы зависит от его интенсивности и от того, как в данный момент действуют остальные факторы. Например, в морозы животные могут замерзать при нехватке корма и нормально себя чувствовать, если пищи достаточно. При низкой влажности воздуха человек значительно легче переносит жару.
На организм одновременно влияют многочисленные и разнообразные факторы среды, и у каждого вида существуют свои пределы выносливости по отношению к их воздействию. Например, лишайники выдерживают колебания температуры от -70 до +60 °С, а некоторые виды океанических рыб способны существовать только при температуре от -2 до +2 °С. При 0 °С у таких рыб обмен веществ идёт наиболее интенсивно, а при температуре более 2 °С рыбы перестают двигаться и впадают в тепловое оцепенение. То значение фактора, которое наиболее благоприятно для жизнедеятельности, роста и размножения организмов, называют оптимальным или зоной оптимума. Диапазон изменчивости фактора, в пределах которого возможна жизнедеятельность организмов, называют диапазоном выносливости. Крайние значения фактора, за которыми условия становятся непригодными для жизни и вызывают гибель организмов, – это пределы выносливости. Между зоной оптимума и крайними точками находятся зоны угнетения, или стрессовые зоны, которые характеризуются увеличением или уменьшением действия фактора, что ухудшает жизнедеятельность особей (рис. 65).
Некое растение может чувствовать себя наиболее комфортно при температуре +24 °С (точка оптимума), продолжать активно расти в диапазоне температур от +20 до +28 °С, испытывать угнетение при дальнейшем изменении температуры в сторону её увеличения или уменьшения и в конце концов погибнуть, если температура опустится ниже +5 °С или поднимется выше +38 °С.
Рис. 65. Действие экологического фактора на организм
Для каждого вида организмов существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы выносливости в отношении каждого фактора среды.
Виды могут существенно различаться с точки зрения оптимальных условий и пределов выносливости. Например, количество воды, оптимальное для одного вида, вызовет стресс у другого и приведёт к гибели третий. Некоторые растения вообще не переносят заморозков, другие способны выживать при небольших холодах, а, например, даурская лиственница в Сибири выдерживает морозы до -70 °С.
По отношению к факторам среды различают холодо– и теплолюбивые виды, влаго– и сухолюбивые, светолюбивые и теневыносливые. Некоторые организмы способны существовать в очень широком диапазоне изменчивости факторов, такие виды распространены повсеместно. Другим же для нормальной жизнедеятельности необходим очень строгий узкий диапазон условий, например некоторые зелёные водоросли способны существовать только при температуре 0 °С.
Все факторы среды действуют совместно, поэтому, если интенсивность одного из них отклоняется от оптимальной величины, организмы начинают испытывать угнетение, несмотря на присутствие остальных факторов. Как бы мы ни поливали и ни подкармливали теплолюбивое растение, если температура снизится до 0 °С, оно погибнет. В данном примере температура является ограничивающим фактором для растения. Впервые на существование ограничивающих, или лимитирующих, факторов обратил внимание немецкий химик Юстус Либих (1803–1873). Он сформулировал закон, который называют законом минимума Либиха: даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию и в пределе – к гибели организма. Лимитирующие факторы определяют границы ареала распространения того или иного вида (рис. 66). Например, при наличии оптимальной температуры, света и влажности крапива будет расти только на почвах, богатых азотом. Следовательно, в данных условиях лимитирующим фактором для этих растений служит количество азота.
Рис. 66. Глубина снежного покрова – ограничивающий фактор в распространении оленей
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, которая требуется для существования вида, называют экологической нишей.
Вопросы для повторения и задания
1. Расскажите о задачах экологии.
2. Какие экологические факторы вы знаете?
3. Сформулируйте закон минимума Либиха.
4. Поясните, каким образом может проявиться ограничивающее действие фактора среды.
5. Что такое экологическая ниша? Охарактеризуйте экологическую нишу хорошо известного вам вида.
Подумайте! Выполните!
1. Объясните происхождение слова «экология».
2. Может ли жизнедеятельность организмов ограничиваться фактором, находящимся в избытке? Докажите ваше мнение.
3. Оцените работу местных средств массовой информации (СМИ) (радио, телевидение, журналы, газеты, интернет-ресурсы) как достоверных источников информации об экологическом состоянии вашего региона.
4. Объясните, в чём некорректность словосочетания «плохая экология». Какой смысл вкладывают в него люди, его использующие, и что реально обозначает это словосочетание?
5. В русском языке существует поговорка: «Кашу маслом не испортишь», – которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли эта поговорка закономерностям влияния экологических факторов на организмы? Объясните свою точку зрения.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
22. Абиотические факторы среды
Вспомните!
Что такое среда обитания?
Какие факторы относят к факторам неживой природы?
В процессе исторического развития организмы приспосабливаются к определённому комплексу абиотических факторов, которые становятся обязательными условиями их существования. При этом в процессе жизнедеятельности организмы сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. В ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, животные-фильтраторы очищают воду, зелёные насаждения препятствуют эрозии почвы, а растения из семейства бобовых обогащают почву азотом – подобных примеров можно приводить множество.
Рассмотрим влияние основных абиотических факторов на живые организмы.
Температура. Температура – один из важнейших абиотических факторов, который действует всегда и везде. Именно температура обусловливает скорость биохимических реакций и влияет на большинство физических процессов.
Хотя оптимальный температурный режим для большинства видов находится в пределах от +15 до +30 °С, существуют организмы, которые способны выдерживать очень высокие или низкие температуры. Например, некоторые бактерии и водоросли обитают в горячих источниках при температуре +85–87 °С. Хорошо выдерживают перепады температуры покоящиеся стадии развития организмов – цисты, куколки насекомых, споры бактерий, семена растений.
Все беспозвоночные и большинство позвоночных животных являются холоднокровными организмами, которые не способны поддерживать постоянную температуру своего тела. Их температура зависит от теплового режима окружающей среды. Поэтому в холодное время года активность таких животных сильно снижается. Птицы и млекопитающие – теплокровные животные, они имеют практически постоянную температуру тела, не зависящую от температуры окружающей среды. Поддержание высокой температуры тела у теплокровных организмов обеспечивается высоким уровнем обмена веществ, совершенной терморегуляцией и хорошей теплоизоляцией.