Взаимоотношения организма и среды

К условиям существования или условиям среды относятся не­обходимые организму факторы, без которых его существование не­возможно. Наиболее общая классификация экологических факторов среды делит их на биотические, абиотические и антропогенные. К первым из них относятся фитогенные, зоогенные и микрогенные воздействия на организмы, ко вторым - климатические условия (свет, температура, влажность, уровень барометрического давле­ния и т.д.), эдафогенные, т.е. связанные с почвой факторы (состав почв, их влагоемкость, проницаемость для Од, плотность и т.д.), орографические условия, т.е. высота над уровнем моря, рельеф, угол наклона местности, и химические факторы, т.е. хи­мический состав воздуха, солей воды и почвенных растворов и т.д. Существенное значение имеет и стабильность условий жизни. Различают первичные изменения (например, суточные и сезонные изменения освещенности и температур) и вызываемые ими вторичные изменения (например, различная активность живых организмов днем и ночью, зимой и летом), антропогенные факторы создаются самим человеком (например, условия жизни в городах).

Воздействие любого вида фактора может быть прямым (например, прямое воздействие температуры на течение физиологических процессов) и косвенным или опосредованным (прямое угнетающее воздействие ультрафиолетового облучения на развитие растений является косвенным воздействием на животных, питающихся этими растениями). Результат воздействия любого фактора зависит прежде всего от его интенсивности (рис. 1.1).

Интенсивность

Рис. 1.1. Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности

Наиболее узкий диапазон значений факторов характерен для размножения организмов (можно проиллюстрировать на сезонности размножения ряда животных), а более широкий - для их роста и выживания. Характер зависимостей, представленный на рис. 1.1, будет сходным для самых различных видов живых существ, но конкретные значения факторов могут существенно различаться. Например, для некоторых антарктических рыб диапазон переноси­мых температур составляет всего 4°С (от -2 до +2°С); рыбы во­доемов пустыни выдерживают температуру от +10 до +40°С.

Важное значение имеют лимитирующие факторы среды, т.е. факторы, значения которых приближаются к пределу способности организма переносить их влияние (или обеспечивать свое нор­мальное развитие и размножение). Так, лимитирующим веществом будет не то вещество, которого больше всего требуется для рос­та и развития организма, а те вещества, доступные количества которых наиболее близки к необходимому минимуму (закон миниму­ма Либиха). При определении таких минимумов следует учитывать баланс вещества и энергии и взаимодействие факторов среды (например, кальций может замещаться стронцием, увеличение падающей солнечной энергии повышает потребность в цинке и т.д.). Лимитирующим фактором могут быть его избыточные значения (нап­ример, высокая рН, избыточная влажность), а также и целый ряд биотических факторов (например, перенаселенность территории каким-либо видом или, наоборот, недостаточная численность животных данного вида для создания его устойчивой популяции). Неоптимальность условий по одним факторам может сузить диапа­зон значений других.

Условия существования являются не просто необходимыми для жизни, они зачастую становятся ее регуляторами. Так, солнечный свет не только обеспечивает живые организмы энергией, но и ре­гулирует процессы жизнедеятельности, включая важнейший биоло­гический ритм - суточный ритм физиологических функций.

К основным лимитирующим факторам относятся свет, темпера­тура (жизнь возможна в диапазоне температур от -200 до +100°С), вода, кислород (лимитирующим факторам становится в водной среде), такие биогенные элементы как азот и фосфор (их соотно­шение в биосфере составляет 16:1), рН среды, микроэлементы (магний, кобальт, железо, марганец, цинк, бор, хлор, ванадий и молибден). Для фотосинтеза необходимы марганец, железо, хлор, цинк и ванадий, а для азотистого обмена - марганец, бор, ко­бальт и хлор.

Сложнее всего решается вопрос с определением биотических лимитирующих факторов. Масштабы их взаимовлияния трудно прог­нозировать. О сложности проблемы говорит следующий факт. Если взять только 2 популяции различных видов, то между ними может возникнуть 9 только основных форм взаимодействия: 1) нейтра­лизм, в котором взаимовлияние отсутствует; 2) конкуренция с взаимоподавлением популяцией; 3) конкуренция из-за ресурсов;

4) аменсализм (неблагоприятный для одной популяции и безраз­личный для другой); 5) коменсализм (благоприятный для одной популяции и безразличный для другой); 5) мутуализм, благопри­ятный для обоих популяций; 7) паразитизм; 8) хищничество; 9) протокооперация, т.е. образование совместных гнездований у птиц или колоний у грызунов,

Наиболее распространенный тип взаимоотношений между живот­ными - хищничество, т.е. поедание особей одного вида особями других, как это представлено Н.й. Заболоцким:

... Над садом

Шел ворох тысячи смертей.

Природа, обратившаяся адом,

Свои дела вершила без затей.

Жук ел траву, жука клевала птица,

Хорек пил мозг из птичьей головы,

И страхом перекошенные лица

Ночных существ смотрели из травы.

Природы вековечная давильня

Соединяла смерть и бытие.

Отношения "хищник - жертва" характеризуется наличием положительной и отрицательной обратных связей между ними

В результате создаются периодические изменения численности по­пуляций хищника и жертвы с соответствующим запаздыванием ее максимумов и минимумов в каждой из них.

У каждого вида существует свой набор лимитирующих факто­ров, требуемые условия для организма определяют его экологи­ческую нишу. Различается фундаментальная ниша, т.е. наибольший (максимально возможный) заселенный видом объем n-мерного пространства, и реализованная нища, т.е. тот же объем, но с учетом биотических ограничений (конкуренции видов из-за ресур­сов, хищничества и т.д.).

В процессе эволюции у организмов создаются совершенные формы приспособления к условиям среды. Выработки таких насле­дуемых форм приспособления называется адаптацией. Она может быть морфологической, т.е. приспособление идет за счет измене­ния строения и формы организма (например, у водных животных) и физиологической, при которой меняются функции организма (нап­ример, у верблюдов потребность в воде обеспечивается ее полу­чением из жира за счет особой системы биохимических реакций).

Третий вид адаптации представлен поведенческими реакция­ми, например, зимней и летней спячкой животных, соответственно, в холодном и жарком климате, сезонными миграциями птиц и т.д.