Habitat - aceasta este acea parte a naturii care înconjoară un organism viu și cu care interacționează direct. Componentele și proprietățile mediului sunt diverse și schimbătoare. Orice creatură vie trăiește într-o lume complexă, în schimbare, adaptându-se constant la ea și reglându-și activitatea de viață în conformitate cu schimbările sale.

Se numesc proprietăți individuale sau elemente ale mediului care afectează organismele factori de mediu. Factorii de mediu sunt diverși. Ele pot fi necesare sau, dimpotrivă, dăunătoare ființelor vii, promovează sau împiedică supraviețuirea și reproducerea. Factorii de mediu au naturi diferite și acțiuni specifice. Printre ei se numără abioticȘi biotic, antropic.

Factori abiotici - temperatura, lumina, radiatiile radioactive, presiunea, umiditatea aerului, compozitia de sare a apei, vant, curenti, teren - toate acestea sunt proprietati de natura neanimata care afecteaza direct sau indirect organismele vii.

Factori biotici - acestea sunt forme de influență ale ființelor vii unele asupra altora. Fiecare organism experimentează în mod constant influența directă sau indirectă a altor creaturi, intră în contact cu reprezentanții propriei specii și ai altor specii - plante, animale, microorganisme, depinde de acestea și le influențează el însuși. Lumea organică din jur este o parte integrantă a mediului înconjurător al fiecărei creaturi vii.

Legăturile reciproce dintre organisme stau la baza existenței biocenozelor și populațiilor; consideraţia lor aparţine domeniului sin-ecologiei.

Factori antropogeni - sunt forme de activitate ale societatii umane care duc la schimbari in natura ca habitatul altor specii sau le afecteaza direct viata. De-a lungul istoriei omenirii, dezvoltarea mai întâi a vânătorii, apoi a agriculturii, industriei și transporturilor a schimbat foarte mult natura planetei noastre. Importanța impactului antropic asupra întregii lumi vii a Pământului continuă să crească rapid.

Deși oamenii influențează natura vie prin modificări ale factorilor abiotici și ale relațiilor biotice ale speciilor, activitatea umană de pe planetă ar trebui identificată ca o forță specială care nu se încadrează în cadrul acestei clasificări. În prezent, soarta suprafeței vii a Pământului, toate tipurile de organisme, este în mâinile societății umane și depinde de influența antropică asupra naturii.

Același factor de mediu are o semnificație diferită în viața organismelor co-vii din diferite specii. De exemplu, vânturile puternice iarna sunt nefavorabile pentru animalele mari, deschise, dar nu au niciun efect asupra celor mai mici care se ascund în vizuini sau sub zăpadă. Compoziția de sare a solului este importantă pentru nutriția plantelor, dar este indiferentă față de majoritatea animalelor terestre etc.

Modificările factorilor de mediu de-a lungul timpului pot fi: 1) periodic periodice, modificând puterea impactului în legătură cu momentul zilei, sau anotimpul anului, sau ritmul mareelor ​​în ocean; 2) neregulat, fără o periodicitate clară, de exemplu, schimbări ale condițiilor meteorologice în diferiți ani, fenomene catastrofale - furtuni, averse, alunecări de teren etc.; 3) direcționate pe anumite perioade de timp, uneori lungi, de exemplu, în timpul răcirii sau încălzirii climei, supraîncălzirea corpurilor de apă, pășunatul constant al animalelor în aceeași zonă etc.

Printre factorii de mediu se disting resursele și condițiile. Resurse organismele folosesc și consumă mediul înconjurător, reducându-și astfel numărul. Resursele includ hrana, apa atunci cand este rara, adaposturi, locuri convenabile pentru reproducere etc. Condiții - sunt factori la care organismele sunt forțate să se adapteze, dar de obicei nu le pot influența. Același factor de mediu poate fi o resursă pentru unii și o condiție pentru alte specii. De exemplu, lumina este o resursă energetică vitală pentru plante, iar pentru animalele cu vedere este o condiție pentru orientarea vizuală. Apa poate fi atât o condiție de viață, cât și o resursă pentru multe organisme.

2.2. Adaptări ale organismelor

Se numesc adaptări ale organismelor la mediul lor adaptare. Adaptările sunt orice modificări ale structurii și funcției organismelor care cresc șansele lor de supraviețuire.

Capacitatea de adaptare este una dintre principalele proprietăți ale vieții în general, deoarece oferă însăși posibilitatea existenței sale, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Adaptările apar și se dezvoltă în timpul evoluției speciilor.

Mecanisme de adaptare de bază la nivelul organismului: 1) biochimic– se manifestă în procese intracelulare, cum ar fi o modificare a activității enzimelor sau o modificare a cantității acestora; 2) fiziologic– de exemplu, transpirație crescută odată cu creșterea temperaturii la un număr de specii; 3) morfo-anatomice– caracteristici ale structurii și formei corpului asociate stilului de viață; 4) comportamental– de exemplu, animalele care caută habitate favorabile, creează vizuini, cuiburi etc.; 5) ontogenetic– accelerarea sau încetinirea dezvoltării individuale, promovând supraviețuirea atunci când condițiile se schimbă.

Factorii ecologici de mediu au efecte variate asupra organismelor vii, adică le pot influența pe ambele iritanți, provocând modificări adaptive ale funcțiilor fiziologice și biochimice; Cum limitatoare, provocând imposibilitatea existenței în aceste condiții; Cum modificatori, provocând modificări morfologice și anatomice în organism; Cum semnale, indicând modificări ale altor factori de mediu.

2.3. Legile generale de acțiune a factorilor de mediu asupra organismelor

În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele generale pot fi identificate în natura impactului lor asupra organismelor și în răspunsurile ființelor vii.

1. Legea optimului.

Fiecare factor are anumite limite de influență pozitivă asupra organismelor (Fig. 1). Rezultatul unui factor variabil depinde în primul rând de puterea manifestării acestuia. Atât acțiunea insuficientă, cât și cea excesivă a factorului afectează negativ activitatea de viață a indivizilor. Forța benefică de influență se numește zona de factor de mediu optim sau pur și simplu optim pentru organismele acestei specii. Cu cât abaterea de la optim este mai mare, cu atât efectul inhibitor al acestui factor asupra organismelor este mai pronunțat. (zona pessimum). Valorile maxime și minime transferabile ale factorului sunt puncte critice, in spate dincolo de care existența nu mai este posibilă, apare moartea. Se numesc limitele de anduranță între punctele critice valență ecologică ființe vii în raport cu un anumit factor de mediu.

Orez. 1. Schema acțiunii factorilor de mediu asupra organismelor vii

Reprezentanții diferitelor specii diferă foarte mult unul de celălalt atât în ​​ceea ce privește poziția optimului, cât și în valența ecologică. De exemplu, vulpile arctice din tundra pot tolera fluctuații ale temperaturii aerului în intervalul de peste 80 °C (de la +30 la -55 °C), în timp ce crustaceele de apă caldă Copilia mirabilis pot rezista schimbărilor de temperatură a apei în intervalul respectiv. de cel mult 6 °C (de la +23 până la +29 °C). Aceeași putere de manifestare a unui factor poate fi optimă pentru o specie, pesimală pentru alta și poate depăși limitele rezistenței pentru o a treia (Fig. 2).

Valenta ecologica larga a unei specii in raport cu factorii de mediu abiotici este indicata prin adaugarea prefixului "eury" la numele factorului. euritermic specii care tolerează fluctuații semnificative de temperatură, eurybates- gamă largă de presiune, eurihalină– grade diferite de salinitate a mediului.

Orez. 2. Poziția curbelor optime pe scara temperaturii pentru diferite specii:

1, 2 - specii stenoterme, criofile;

3–7 – specii euritermale;

8, 9 - specii stenoterme, termofile

Incapacitatea de a tolera fluctuații semnificative ale unui factor sau valență îngustă a mediului este caracterizată de prefixul „steno” - stenotermic, stenobat, stenohalin specii etc. Într-un sens mai larg, speciile a căror existență necesită condiții de mediu strict definite sunt numite stenobiotic, și cei care sunt capabili să se adapteze la diferite condiții de mediu - eurybiont.

Sunt numite condiții care se apropie de punctele critice din cauza unuia sau mai multor factori simultan extrem.

Poziția punctelor optime și critice pe gradientul factorului poate fi deplasată în anumite limite prin acțiunea condițiilor de mediu. Acest lucru se întâmplă în mod regulat la multe specii pe măsură ce anotimpurile se schimbă. Iarna, de exemplu, vrăbiile rezistă la înghețuri severe, iar vara mor din cauza răcorului la temperaturi sub zero. Se numește fenomenul de deplasare a optimului în raport cu orice factor aclimatizare. În ceea ce privește temperatura, acesta este un proces binecunoscut de întărire termică a corpului. Aclimatizarea la temperatură necesită o perioadă semnificativă de timp. Mecanismul este o modificare a enzimelor din celule care catalizează aceleași reacții, dar la temperaturi diferite (așa-numitele izoenzime). Fiecare enzimă este codificată de propria sa genă, prin urmare, este necesar să se dezactiveze unele gene și să se activeze altele, transcrierea, traducerea, asamblarea unei cantități suficiente de proteine ​​noi etc. Procesul total durează în medie aproximativ două săptămâni și este stimulat. prin schimbările de mediu. Aclimatizarea, sau întărirea, este o adaptare importantă a organismelor care are loc în condiții nefavorabile care se apropie treptat sau la intrarea în teritorii cu o climă diferită. În aceste cazuri, este o parte integrantă a procesului general de aclimatizare.

2. Ambiguitatea efectului factorului asupra diferitelor funcții.

Fiecare factor afectează diferite funcții ale corpului în mod diferit (Fig. 3). Optimul pentru unele procese poate fi un pessimum pentru altele. Astfel, temperatura aerului de la +40 la +45 °C la animalele cu sânge rece crește foarte mult rata proceselor metabolice din organism, dar inhibă activitatea motorie, iar animalele cad în stupoare termică. Pentru mulți pești, temperatura apei care este optimă pentru maturarea produselor de reproducere este nefavorabilă pentru depunerea icrelor, care are loc la un interval de temperatură diferit.

Orez. 3. Schema dependenței fotosintezei și respirației plantelor de temperatură (după V. Larcher, 1978): t min, t opt, t max– temperatura minima, optima si maxima pentru cresterea plantelor (zona umbrita)

Ciclul de viață, în care în anumite perioade organismul îndeplinește în primul rând anumite funcții (nutriție, creștere, reproducere, așezare etc.), este întotdeauna în concordanță cu schimbările sezoniere într-un complex de factori de mediu. De asemenea, organismele mobile pot schimba habitatele pentru a-și îndeplini cu succes toate funcțiile vitale.

3. Diversitatea reacțiilor individuale la factorii de mediu. Gradul de rezistență, punctele critice, zonele optime și pesimale ale indivizilor individuali nu coincid. Această variabilitate este determinată atât de calitățile ereditare ale indivizilor, cât și de sexul, vârsta și diferențele fiziologice. De exemplu, molia morii, unul dintre dăunătorii produselor din făină și cereale, are o temperatură minimă critică pentru omizi de -7 °C, pentru formele adulte -22 °C, iar pentru ouă -27 °C. Înghețul de -10 °C ucide omizile, dar nu este periculos pentru adulți și ouăle acestui dăunător. În consecință, valența ecologică a unei specii este întotdeauna mai largă decât valența ecologică a fiecărui individ în parte.

4. Independența relativă a adaptării organismelor la diferiți factori. Gradul de toleranță la orice factor nu înseamnă valența ecologică corespunzătoare a speciei în raport cu alți factori. De exemplu, speciile care tolerează variații mari de temperatură nu trebuie neapărat să fie capabile să tolereze variații mari de umiditate sau salinitate. Speciile euritermale pot fi stenohaline, stenobatice sau invers. Valențele ecologice ale unei specii în raport cu diferiți factori pot fi foarte diverse. Acest lucru creează o diversitate extraordinară de adaptări în natură. Setul de valențe de mediu în raport cu diverși factori de mediu este spectrul ecologic al speciei.

5. Discrepanță în spectrele ecologice ale speciilor individuale. Fiecare specie este specifică prin capacitățile sale ecologice. Chiar și printre speciile care sunt similare în metodele lor de adaptare la mediu, există diferențe în atitudinea lor față de unii factori individuali.

Orez. 4. Modificări ale participării speciilor individuale de plante la arboretele de iarbă de luncă în funcție de umiditate (conform L. G. Ramensky și colab., 1956): 1 - Trifoi roșu; 2 – șoricel comun; 3 – telina Delyavin; 4 – iarbă albastră de luncă; 5 – păstuc; 6 – paie adevărată; 7 – rogoz timpuriu; 8 – dulce de luncă; 9 – muscata de deal; 10 – tufiș de câmp; 11 – salsif cu nas scurt

Regula individualității ecologice a speciilor formulată de botanistul rus L. G. Ramensky (1924) în raport cu plantele (Fig. 4), apoi a fost pe larg confirmată de cercetările zoologice.

6. Interacțiunea factorilor. Zona optimă și limitele de rezistență ale organismelor în raport cu orice factor de mediu se pot schimba în funcție de forță și în ce combinație acționează simultan alți factori (Fig. 5). Acest model se numește interacțiunea factorilor. De exemplu, căldura este mai ușor de suportat în aer uscat, mai degrabă decât în ​​aer umed. Riscul de îngheț este mult mai mare pe vreme rece cu vânturi puternice decât pe vreme calmă. Astfel, același factor în combinație cu alții are impacturi diferite asupra mediului. Dimpotrivă, același rezultat de mediu poate fi obținut în moduri diferite. De exemplu, ofilirea plantelor poate fi oprită atât prin creșterea cantității de umiditate din sol, cât și prin scăderea temperaturii aerului, ceea ce reduce evaporarea. Se creează efectul înlocuirii parțiale a factorilor.

Orez. 5. Mortalitatea ouălor de viermi de mătase de pin Dendrolimus pini în diferite combinații de temperatură și umiditate

În același timp, compensarea reciprocă a factorilor de mediu are anumite limite și este imposibil să înlocuiți complet unul dintre ei cu altul. Absența completă a apei sau a cel puțin unuia dintre elementele de bază ale nutriției minerale face imposibilă viața plantei, în ciuda celor mai favorabile combinații ale altor condiții. Deficitul extrem de căldură din deșerturile polare nu poate fi compensat nici prin abundență de umiditate, nici prin iluminare de 24 de ore.

Luând în considerare modelele de interacțiune a factorilor de mediu în practica agricolă, este posibil să se mențină cu pricepere condiții optime de viață pentru plantele cultivate și animalele domestice.

7. Regula factorilor limitatori. Posibilitățile de existență a organismelor sunt limitate în primul rând de acei factori de mediu care sunt cel mai departe de optim. Dacă cel puțin unul dintre factorii de mediu se apropie sau depășește valorile critice, atunci, în ciuda combinației optime a altor condiții, indivizii sunt amenințați cu moartea. Orice factor care se abate puternic de la optim capătă o importanță capitală în viața unei specii sau a reprezentanților ei individuali în anumite perioade de timp.

Factorii limitativi de mediu determină aria geografică a unei specii. Natura acestor factori poate fi diferită (Fig. 6). Astfel, deplasarea speciei spre nord poate fi limitată de lipsa căldurii, iar în regiunile aride de lipsa de umiditate sau de temperaturi prea ridicate. Relațiile biotice pot servi și ca factori limitatori pentru distribuție, de exemplu, ocuparea unui teritoriu de către un concurent mai puternic sau lipsa polenizatorilor pentru plante. Astfel, polenizarea smochinelor depinde în întregime de o singură specie de insectă - viespea Blastophaga psenes. Patria acestui copac este Mediterana. Smochinele introduse în California nu au dat roade până când viespile polenizatoare au fost introduse acolo. Distribuția leguminoaselor în Arctica este limitată de distribuția bondarilor care le polenizează. Pe insula Dikson, unde nu există bondari, nu se găsesc leguminoase, deși din cauza condițiilor de temperatură existența acestor plante este încă permisă.

Orez. 6. Stratul adânc de zăpadă este un factor limitator în distribuția cerbului (conform lui G. A. Novikov, 1981)

Pentru a determina dacă o specie poate exista într-o anumită zonă geografică, este necesar mai întâi să se determine dacă vreun factor de mediu depășește valența sa ecologică, în special în perioada sa cea mai vulnerabilă de dezvoltare.

Identificarea factorilor limitanți este foarte importantă în practica agricolă, deoarece prin direcționarea eforturilor principale către eliminarea acestora se poate crește rapid și eficient randamentul plantelor sau productivitatea animalelor. Astfel, pe solurile foarte acide, randamentul grâului poate fi ușor crescut prin folosirea diferitelor influențe agronomice, dar cel mai bun efect se va obține doar ca urmare a vărării, care va elimina efectele limitative ale acidității. Cunoașterea factorilor limitatori este astfel cheia controlului activităților vitale ale organismelor. În diferite perioade ale vieții indivizilor, diverși factori de mediu acționează ca factori limitatori, astfel încât este necesară o reglare abil și constantă a condițiilor de viață ale plantelor și animalelor cultivate.

2.4. Principiile clasificării ecologice a organismelor

În ecologie, diversitatea și diversitatea metodelor și modalităților de adaptare la mediu creează necesitatea unor clasificări multiple. Folosind un singur criteriu, este imposibil să reflectăm toate aspectele adaptării organismelor la mediu. Clasificările ecologice reflectă asemănările care apar între reprezentanții unor grupuri foarte diferite dacă folosesc moduri similare de adaptare. De exemplu, dacă clasificăm animalele în funcție de modurile lor de mișcare, atunci grupul ecologic de specii care se mișcă în apă prin mijloace reactive va include animale la fel de diferite în poziția lor sistematică precum meduze, cefalopode, unii ciliați și flagelați, larvele unui numărul de libelule etc. (Fig. 7). Clasificările de mediu se pot baza pe o mare varietate de criterii: metode de nutriție, mișcare, atitudine față de temperatură, umiditate, salinitate, presiune etc. Împărțirea tuturor organismelor în euribiont și stenobiont în funcție de lărgimea gamei de adaptări la mediu este un exemplu de clasificare ecologică cea mai simplă.

Orez. 7. Reprezentanți ai grupului ecologic de organisme care se mișcă în apă într-o manieră reactivă (după S. A. Zernov, 1949):

1 – Medusochloris phiale flagelat;

2 – Craspedotella pileosus ciliată;

3 – meduză Cytaeis vulgaris;

4 – Pelagothuria holoturie pelagică;

5 – larva libelulei rocker;

6 – caracatiță înotătoare Octopus vulgaris:

A– direcția jetului de apă;

b– direcția de mișcare a animalului

Un alt exemplu este împărțirea organismelor în grupuri după natura nutriţiei.Autotrofi sunt organisme care folosesc compuși anorganici ca sursă pentru a-și construi corpul. Heterotrofe– toate ființele vii care au nevoie de hrană de origine organică. La rândul lor, autotrofii sunt împărțiți în fototrofeȘi chimiotrofe. Primii folosesc energia luminii solare pentru a sintetiza molecule organice, cei din urmă folosesc energia legăturilor chimice. Heterotrofele sunt împărțite în saprofiti, folosind soluții de compuși organici simpli și holozoare. Holozoarele au un set complex de enzime digestive și pot consuma compuși organici complecși, descompunându-i în componente mai simple. Holozoarele sunt împărțite în saprofage(se hrănește cu resturile de plante moarte) fitofage(consumatori de plante vii), zoofage(având nevoie de hrană vie) și necrofage(carnivore). La rândul lor, fiecare dintre aceste grupuri poate fi împărțită în altele mai mici, care au propriile lor modele nutriționale specifice.

În caz contrar, puteți construi o clasificare după metoda de obţinere a alimentelor. Printre animale, de exemplu, grupuri precum filtre(crustacee mici, fără dinți, balenă etc.), forme de pășunat(ungulate, gândaci de frunze), culegători(ciocănitoare, alunițe, scorpie, găini), vânători de pradă în mișcare(lupi, lei, muște negre etc.) și o serie de alte grupuri. Astfel, în ciuda marii diferențe de organizare, aceeași metodă de stăpânire a prăzii la lei și molii duce la o serie de analogii în obiceiurile lor de vânătoare și caracteristici structurale generale: suplețea corpului, dezvoltarea puternică a mușchilor, capacitatea de a dezvolta scurt- termen mare viteză etc.

Clasificările ecologice ajută la identificarea modalităților posibile în natură prin care organismele se adaptează la mediu.

2.5. Viață activă și ascunsă

Metabolismul este una dintre cele mai importante proprietăți ale vieții, care determină legătura strânsă material-energie a organismelor cu mediul. Metabolismul arată o dependență puternică de condițiile de viață. În natură, observăm două stări principale ale vieții: viața activă și pacea. În timpul vieții active, organismele se hrănesc, cresc, se mișcă, se dezvoltă, se reproduc și se caracterizează printr-un metabolism intens. Odihna poate varia în profunzime și durată; multe funcții ale corpului slăbesc sau nu sunt realizate deloc, deoarece nivelul metabolismului scade sub influența factorilor externi și interni.

Într-o stare de odihnă profundă, adică metabolism substanță-energie redus, organismele devin mai puțin dependente de mediu, dobândesc un grad ridicat de stabilitate și sunt capabile să tolereze condiții pe care nu le-ar putea rezista în timpul vieții active. Aceste două stări alternează în viața multor specii, fiind o adaptare la habitate cu o climă instabilă și schimbări sezoniere abrupte, ceea ce este tipic pentru cea mai mare parte a planetei.

Cu suprimarea profundă a metabolismului, este posibil ca organismele să nu prezinte deloc semne vizibile de viață. Întrebarea dacă este posibilă oprirea completă a metabolismului cu o revenire ulterioară la viața activă, adică un fel de „înviere din morți”, a fost dezbătută în știință de mai bine de două secole.

Prima dată fenomen moarte imaginară a fost descoperit în 1702 de Anthony van Leeuwenhoek, descoperitorul lumii microscopice a ființelor vii. Când picăturile de apă s-au uscat, „animalculele” (rotifere) pe care le-a observat s-au zgârcit, păreau morți și puteau rămâne în această stare mult timp (Fig. 8). Puși ​​din nou în apă, s-au umflat și au început viața activă. Leeuwenhoek a explicat acest fenomen prin faptul că coaja „animalculelor” aparent „nu permite nici cea mai mică evaporare” și rămân în viață în condiții uscate. Cu toate acestea, în câteva decenii, naturaliștii se certau deja despre posibilitatea ca „viața să poată fi oprită complet” și restabilită din nou „în 20, 40, 100 de ani sau mai mult”.

În anii 70 ai secolului al XVIII-lea. fenomenul de „înviere” după uscare a fost descoperit și confirmat de numeroase experimente cu o serie de alte organisme mici - anghile de grâu, nematode cu viață liberă și tardigrade. J. Buffon, repetând experimentele lui J. Needham cu anghile, a susținut că „aceste organisme pot fi făcute să moară și să revină la viață de câte ori se dorește”. L. Spallanzani a fost primul care a atras atenția asupra repausului profund al semințelor și sporilor plantelor, considerând-o conservarea lor în timp.

Orez. 8. Rotifer Philidina roseola în diferite stadii de uscare (conform lui P. Yu. Schmidt, 1948):

1 – activ; 2 – începerea contractării; 3 – contractat complet înainte de uscare; 4 - in stare de animatie suspendata

La mijlocul secolului al XIX-lea. s-a stabilit în mod convingător că rezistența rotiferelor uscate, tardigradelor și nematodelor la temperaturi ridicate și scăzute, lipsa sau absența oxigenului crește proporțional cu gradul de deshidratare a acestora. Cu toate acestea, întrebarea a rămas deschisă dacă aceasta a avut ca rezultat o întrerupere completă a vieții sau doar o asuprire profundă a acesteia. În 1878, Claude Bernal a prezentat conceptul "viata ascunsa" pe care l-a caracterizat prin încetarea metabolismului și „o rupere a relației dintre ființă și mediu”.

Această problemă a fost rezolvată în cele din urmă abia în prima treime a secolului al XX-lea, odată cu dezvoltarea tehnologiei de deshidratare profundă în vid. Experimentele lui G. Ram, P. Becquerel și alți oameni de știință au arătat posibilitatea oprirea completă reversibilă a vieții.În stare uscată, când nu mai mult de 2% din apă a rămas în celule într-o formă legată chimic, organisme precum rotifere, tardigrade, nematode mici, semințe și spori de plante, spori de bacterii și ciuperci au rezistat la expunerea la oxigen lichid ( -218,4 °C), hidrogen lichid (-259,4 °C), heliu lichid (-269,0 °C), adică temperaturi apropiate de zero absolut. În acest caz, conținutul celulelor se întărește, chiar și mișcarea termică a moleculelor este absentă și tot metabolismul se oprește în mod natural. După ce au fost plasate în condiții normale, aceste organisme continuă să se dezvolte. La unele specii, oprirea metabolismului la temperaturi ultra-scăzute este posibilă fără uscare, cu condiția ca apa să înghețe nu în stare cristalină, ci în stare amorfă.

Se numește oprirea completă temporară a vieții animatie suspendata. Termenul a fost propus de V. Preyer încă din 1891. Într-o stare de animație suspendată, organismele devin rezistente la o mare varietate de influențe. De exemplu, într-un experiment, tardigradele au rezistat la radiații ionizante de până la 570 de mii de roentgens timp de 24 de ore.Larvele deshidratate ale unuia dintre țânțarii africani chironomus, Polypodium vanderplanki, își păstrează capacitatea de a revigora după expunerea la o temperatură de +102 °C.

Starea de animație suspendată extinde foarte mult granițele conservării vieții, inclusiv în timp. De exemplu, forajele adânci în grosimea ghețarului antarctic au scos la iveală microorganisme (spori de bacterii, ciuperci și drojdie), care s-au dezvoltat ulterior pe medii nutritive obișnuite. Vârsta orizontului de gheață corespunzătoare ajunge la 10-13 mii de ani. Sporii unor bacterii viabile au fost, de asemenea, izolați din straturile mai profunde vechi de sute de mii de ani.

Anabioza, însă, este un fenomen destul de rar. Nu este posibil pentru toate speciile și este o stare extremă de odihnă în natura vie. Condiția sa necesară este păstrarea structurilor intracelulare fine intacte (organele și membrane) în timpul uscării sau răcirii profunde a organismelor. Această condiție este imposibilă pentru majoritatea speciilor care au o organizare complexă a celulelor, țesuturilor și organelor.

Capacitatea de anabioză se găsește la speciile care au o structură simplă sau simplificată și trăiesc în condiții de fluctuații bruște ale umidității (uscarea unor corpuri mici de apă, straturi superioare de sol, perne de mușchi și licheni etc.).

Alte forme de repaus asociate cu o stare de scădere a activității vitale ca urmare a inhibării parțiale a metabolismului sunt mult mai răspândite în natură. Orice grad de reducere a nivelului metabolismului crește stabilitatea organismelor și le permite să cheltuiască energia mai economic.

Formele de odihnă în stare de scădere a activității vitale se împart în hipobioză Și criptobioza, sau pacea forțată Și repaus fiziologic. În hipobioză, inhibarea activității sau torporul apare sub presiunea directă a condițiilor nefavorabile și încetează aproape imediat după ce aceste condiții revin la normal (Fig. 9). O astfel de suprimare a proceselor vitale poate apărea cu o lipsă de căldură, apă, oxigen, cu o creștere a presiunii osmotice etc. În conformitate cu factorul extern principal al repausului forțat, există criobioza(la temperaturi scăzute), anhidrobioza(cu lipsă de apă), anoxibioza(în condiții anaerobe), hiperosmobioza(cu conținut ridicat de sare în apă), etc.

Nu numai în Arctica și Antarctica, ci și la latitudinile mijlocii, unele specii de artropode rezistente la îngheț (collembole, o serie de muște, gândaci de pământ etc.) iernează într-o stare de toropeală, dezghețându-se rapid și trecând la activitate sub razele soarelui și apoi își pierd din nou mobilitatea când temperatura scade. Plantele care apar în primăvară se opresc și își reiau creșterea și dezvoltarea după răcire și încălzire. După ploaie, solul gol devine adesea verde din cauza proliferării rapide a algelor din sol care erau în repaus forțat.

Orez. 9. Pagon - o bucată de gheață cu locuitori de apă dulce înghețați în ea (din S. A. Zernov, 1949)

Profunzimea și durata suprimării metabolice în timpul hipobiozei depind de durata și intensitatea factorului inhibitor. Repausul forțat apare în orice stadiu al ontogenezei. Beneficiile hipobiozei sunt restabilirea rapidă a vieții active. Cu toate acestea, aceasta este o stare relativ instabilă a organismelor și, pe o perioadă lungă de timp, poate fi dăunătoare din cauza dezechilibrului proceselor metabolice, epuizării resurselor energetice, acumulării de produse metabolice sub-oxidate și a altor modificări fiziologice nefavorabile.

Criptobioza este un tip de repaus fundamental diferit. Este asociat cu un complex de modificări fiziologice endogene care apar în avans, înainte de debutul schimbărilor sezoniere nefavorabile, iar organismele sunt pregătite pentru acestea. Criptobioza este o adaptare în primul rând la periodicitatea sezonieră sau de altă natură a factorilor de mediu abiotici, ciclicitatea lor regulată. Face parte din ciclul de viață al organismelor și apare nu în orice stadiu, ci într-un anumit stadiu al dezvoltării individuale, cronometrat pentru a coincide cu perioadele critice ale anului.

Trecerea la o stare de repaus fiziologic necesită timp. Este precedat de acumularea de substanțe de rezervă, deshidratarea parțială a țesuturilor și organelor, scăderea intensității proceselor oxidative și o serie de alte modificări care reduc în general metabolismul tisular. Într-o stare de criptobioză, organismele devin de multe ori mai rezistente la influențele negative ale mediului (Fig. 10). Principalele rearanjamente biochimice în acest caz sunt în mare măsură comune plantelor, animalelor și microorganismelor (de exemplu, trecerea metabolismului în diferite grade către calea glicolitică datorită carbohidraților de rezervă etc.). Ieșirea din criptobioză necesită, de asemenea, timp și energie și nu poate fi realizată prin simpla oprire a efectului negativ al factorului. Acest lucru necesită condiții speciale, diferite pentru diferite specii (de exemplu, îngheț, prezența picăturilor de apă lichidă, o anumită durată a orelor de zi, o anumită calitate a luminii, fluctuații obligatorii de temperatură etc.).

Criptobioza ca strategie de supraviețuire în condiții periodic nefavorabile pentru viața activă este un produs al evoluției pe termen lung și al selecției naturale. Este larg răspândit în fauna sălbatică. Starea de criptobioză este caracteristică, de exemplu, semințelor de plante, chisturilor și sporilor diferitelor microorganisme, ciuperci și alge. Diapauza artropodelor, hibernarea mamiferelor, repausul profund al plantelor sunt, de asemenea, diferite tipuri de criptobioză.

Orez. 10. Un râme în stare de diapauză (după V. Tishler, 1971)

Stările de hipobioză, criptobioză și anabioză asigură supraviețuirea speciilor în condiții naturale de diferite latitudini, adesea extreme, permit conservarea organismelor în perioade lungi nefavorabile, se stabilesc în spațiu și în multe feluri împing limitele posibilității și distribuției vieții. în general.

Habitatul unui organism este totalitatea condițiilor abiotice și biotice ale vieții sale. Proprietățile mediului sunt în continuă schimbare, iar orice creatură se adaptează la aceste schimbări pentru a supraviețui.

Impactul asupra mediului este perceput de organisme prin intermediul unor factori de mediu numiți factori de mediu.

Factori de mediu- acestea sunt anumite condiții și elemente ale mediului care au un efect specific asupra organismului. Ele sunt împărțite în abiotice, biotice și antropice.

Factori abioticinumiți întregul ansamblu de factori din mediul anorganic care influențează viața și distribuția animalelor și plantelor. Printre acestea se numără cele fizice, chimice și edafice.

Factori fizici - sunt acei factori a căror sursă este o stare fizică sau un fenomen (mecanic, ondulatoriu etc.). De exemplu, temperatura, dacă este ridicată, va provoca o arsură; dacă este foarte scăzută, va provoca degerături. Alți factori pot influența și efectul temperaturii: în apă - curent, pe uscat - vânt și umiditate etc.

Factori chimici- aceștia sunt factorii care provin din compoziția chimică a mediului. De exemplu, dacă salinitatea apei este mare, viața din rezervor poate fi complet absentă (Marea Moartă), dar, în același timp, majoritatea organismelor marine nu pot trăi în apă dulce. Viața animalelor pe uscat și în apă etc., depinde de suficiența nivelurilor de oxigen.

Factori edafici , adică sol, este un ansamblu de proprietăți chimice, fizice și mecanice ale solurilor și rocilor care afectează atât organismele care trăiesc în ele, adică. cele pentru care sunt habitat și pe sistemul radicular al plantelor. Este bine cunoscută influența componentelor chimice (elemente biogene), a temperaturii, umidității, structurii solului, conținutului de humus etc. asupra creșterii și dezvoltării plantelor.

Factori biotici- totalitatea influențelor activității de viață a unor organisme asupra activității de viață a altora, precum și asupra mediului neînsuflețit. În acest din urmă caz, vorbim despre capacitatea organismelor însele de a-și influența într-o anumită măsură condițiile de viață. De exemplu, într-o pădure, sub influența acoperirii vegetale, se creează un microclimat sau un micromediu special, unde, în comparație cu habitatele deschise, se creează propriul regim de temperatură și umiditate: iarna este cu câteva grade mai cald, vara. este mai rece și mai umed. Un micromediu special este creat și în golurile copacilor, vizuini, peșteri etc.

Factorii biotici includ competiția intraspecifică și relațiile interspecifice.

Competiția intraspecifică este lupta pentru aceleași resurse care are loc între indivizii aceleiași specii. Acesta este un factor important în autoreglementarea populațiilor.

Relațiile interspecifice sunt mult mai diverse. Două specii care trăiesc în apropiere pot să nu se influențeze deloc una pe cealaltă, se pot influența reciproc favorabil sau nefavorabil. Posibilele tipuri de combinații reflectă diferite tipuri de relații:

Factori antropogeni- factori generați de om și care afectează mediul înconjurător (poluarea, eroziunea solului, distrugerea pădurilor etc.).

Dintre factorii abiotici se disting adesea factorii climatici (temperatura, umiditatea aerului, vant etc.) si hidrografici ai mediului acvatic (apa, curentul, salinitatea etc.).

Majoritatea factorilor se modifică calitativ și cantitativ în timp. De exemplu, climatice - în timpul zilei, sezonului, după an (temperatură, lumină etc.).

Factorii ale căror modificări se repetă în mod regulat în timp se numesc periodic. Acestea includ nu numai cele climatice, ci și unele hidrografice - fluxuri și refluxuri, unii curenți oceanici. Factorii care apar pe neașteptate (erupție vulcanică, atacul prădătorilor etc.) sunt numiți neperiodici.

Împărțirea factorilor în periodici și neperiodici este foarte importantă atunci când se studiază adaptabilitatea organismelor la condițiile de viață.

Secțiunea 5

nivelurile biogeocenotice și ale biosferei

organizarea vieţii

Subiectul 56.

Ecologia ca știință. Habitat. Factori de mediu. Modele generale de acțiune a factorilor de mediu asupra organismelor

1. Întrebări de bază de teorie

Ecologie– știința modelelor de relații dintre organismele între ele și cu mediul. (E. Haeckel, 1866)

Habitat– toate condițiile naturii vie și neînsuflețite în care există organismele și care le afectează direct sau indirect.

Elementele individuale ale mediului sunt factori de mediu:

abiotic	biotic	antropogenă
factori fizico-chimici, anorganici, neînsuflețiți: t , lumina, apa, aer, vant, salinitate, densitate, radiatii ionizante.	influența organismelor sau comunităților.	activitate umana
Drept	indirect
– pescuit; – construirea de baraje.	- poluare; – distrugerea terenurilor furajere.
După frecvența acțiunii – factori care acționează
strict periodic.	fără frecvență strictă.
Prin direcția de acțiune
factori direcţionali actiuni	factori incerti
– încălzire; - val de frig; – îmbinare cu apă.	– antropic; – poluanți.

Adaptarea organismelor la factorii de mediu

Organismele se adaptează mai ușor la factorii care acţionează strict periodic și intenționat. Adaptarea la ele este determinată ereditar.

Adaptarea este dificilă organisme să periodic neregulat factori, la factori incert actiuni. In aceea specificitateȘi antiecologic factori antropici.

Tipare generale

efectele factorilor de mediu asupra organismelor

Regulă optimă .

Pentru un ecosistem sau un organism, există o gamă de valoare cea mai favorabilă (optimă) a unui factor de mediu. În afara zonei optime există zone de opresiune, transformându-se în puncte critice dincolo de care existența este imposibilă.

Regula factorilor de interacțiune .

Unii factori pot spori sau atenua efectul altor factori. Cu toate acestea, fiecare dintre factorii de mediu de neînlocuit.

Regula factorilor limitatori .

Un factor care este în deficiență sau în exces afectează negativ organismele și limitează posibilitatea de manifestare a puterii altor factori (inclusiv a celor optimi).

Factor de limitare – un factor vital de mediu (aproape de puncte critice), în lipsa căruia viața devine imposibilă. Determină limitele distribuției speciilor.

Factor de limitare – un factor de mediu care depășește limitele rezistenței organismului.

Factori abiotici

Radiatie solara .

Efectul biologic al luminii este determinat de intensitatea, frecvența, compoziția spectrală:

Grupuri ecologice de plante

conform cerințelor de intensitate a luminii

Regimul de lumină duce la apariție cu mai multe niveluri Și mozaic acoperire de vegetație.

Fotoperiodism – reacția organismului la durata orelor de lumină, exprimată prin modificări ale proceselor fiziologice. Asociat cu fotoperiodismul sezonier Și indemnizație zilnică ritmuri.

Temperatura .

N : de la –40 la +400С (în medie: +15–300С).

Clasificarea animalelor după forma de termoreglare

Mecanisme de adaptare la temperatură

Fizic	Chimic	Comportamental
reglarea transferului de căldură (piele, depozite de grăsime, transpirație la animale, transpirație la plante).	reglarea producerii de căldură (metabolism intensiv).	selectarea pozițiilor preferate (locuri însorite/umbrite, adăposturi).

Adaptare la t realizat prin dimensiunea și forma corpului.

regula lui Bergman : Pe măsură ce vă deplasați spre nord, mărimea medie a corpului în populațiile de animale cu sânge cald crește.

regula lui Allen: la animalele din aceeași specie, dimensiunea părților proeminente ale corpului (membre, coadă, urechi) este mai scurtă, iar corpul este mai masiv, cu atât clima este mai rece.

Regula lui Gloger: speciile de animale care trăiesc în zone reci și umede au o pigmentare corporală mai intensă ( negru sau maro închis) decât locuitorii din zonele calde și uscate, ceea ce le permite să acumuleze o cantitate suficientă de căldură.

Adaptări ale organismelor la vibrații tmediu inconjurator

Regula anticipării : speciile de plante sudice din nord se găsesc pe versanții sudici bine încălziți, iar speciile nordice la marginile sudice ale intervalului se găsesc pe versanții nordici răcoroși.

Migrația– mutarea în condiții mai favorabile.

Amorţeală– scăderea bruscă a tuturor funcțiilor fiziologice, imobilitatea, încetarea nutriției (insecte, pești, amfibieni în timpul t de la 00 la +100С).

Hibernare– o scădere a intensității metabolismului, menținută de rezervele de grăsime acumulate anterior.

Anabioza– încetarea temporară reversibilă a activității vitale.

Umiditate .

Mecanisme de reglare a echilibrului apei

Morfologic	Fiziologic	Comportamental
prin forma corpului și tegument, prin evaporare și organe excretoare.	prin eliberarea apei metabolice din grăsimi, proteine, carbohidrați ca urmare a oxidării.	prin alegerea poziţiilor preferate în spaţiu.

Grupuri ecologice de plante în funcție de cerințele de umiditate

Hidrofitele	Higrofitele	mezofite	Xerofite
plante terestre-acvatice, scufundate în apă numai cu părțile lor inferioare (tuf).	plante terestre care trăiesc în condiții de umiditate ridicată (ierburi tropicale).	plante din locurile cu umiditate medie (plante din zona temperată, plante cultivate).	plante de locuri cu umiditate insuficientă (plante de stepă, deșerturi).

Salinitate .

Halofitele sunt organisme care preferă sărurile în exces.

Aer : N 2 – 78%, O2 – 21%, CO2 – 0,03%.

N 2 : digerat de bacteriile nodulare, absorbit de plante sub formă de nitrați și nitriți. Crește rezistența plantelor la secetă. Când o persoană se scufundă sub apă N 2 se dizolvă în sânge și, cu o creștere bruscă, se eliberează sub formă de bule - boala de decompresie.

O2:

CO2: participarea la fotosinteză, un produs al respirației animalelor și plantelor.

Presiune .

N: 720–740 mm Hg. Artă.

La creștere: presiune parțială O2 ↓ → hipoxie, anemie (creștere a numărului de celule roșii din sânge cu una V sânge și conținut Nv).

La adâncime: presiunea parțială a O2 → solubilitatea gazelor în sânge crește → hiperoxie.

Vânt .

Reproducere, așezare, transfer de polen, spori, semințe, fructe.

Factori biotici

1. Simbioză- conviețuire utilă de care beneficiază cel puțin unul:
A) mutualism	reciproc avantajos, obligatoriu	bacterii nodulare și leguminoase, micorize, licheni.
b) protocooperare	reciproc avantajos, dar opțional	ungulate și vaci, anemone de mare și crabi pustnici.
V) comensalism (încărcare liberă)	un organism îl folosește pe altul ca casă și sursă de nutriție	bacterii gastrointestinale, lei și hiene, animale - distribuitori de fructe și semințe.
G) sinoikia (cazare)	un individ dintr-o specie folosește un individ din altă specie doar ca locuință	bitterling și moluște, insecte - vizuini pentru rozătoare.
2. Neutralism– conviețuirea speciilor pe un singur teritoriu, care nu implică nici consecințe pozitive, nici negative pentru acestea.
		elanii sunt veverite.
3. Antibioza– convieţuirea speciilor care provoacă prejudicii.
A) competiție	– –	lăcuste – rozătoare – ierbivore; buruienile sunt plante cultivate.
b) prădare	+ –	lupi, vulturi, crocodili, ciliati papuci, plante pradatoare, canibalism.
	+ –	păduchi, viermi rotunzi, tenia.
G) amensalism (alelopatie)	0 –	indivizii unei specii, eliberând substanțe, inhibă indivizii altor specii: antibiotice, fitoncide.

Relații interspecii

Trofic	De actualitate	Foric	Fabrică
comunicatii
Alimente.	Crearea unui tip de mediu pentru altul.	O specie răspândește alta.	O specie construiește structuri folosind resturi moarte.

Medii de viață

Mediul de viață este un set de condiții care asigură viața unui organism.

1. Mediul acvatic	omogen, puțin schimbător, stabil, fluctuații t – 500, dens.
factori limita:	O2, lumină,ρ, regim de sare, debit υ.
Hidrobionti:	plancton - plutitor liber, nekton - în mișcare activă, bentos - locuitori de fund, Pelagos - locuitori ai coloanei de apă, neuston – locuitori ai filmului superior.

2. Mediu sol-aer	complex, variat, necesită un nivel ridicat de organizare, ρ scăzut, fluctuații mari t (1000), mobilitate atmosferică ridicată.
factori limita:	tsi umiditate, intensitatea luminii, conditiile climatice.
Aerobionti

3. Mediul solului	combină proprietățile mediului apă și sol-aer, vibrații t mic, densitate mare.
factori limita:	t (permafrost), umiditate (secetă, mlaștină), oxigen.
Geobionti, edafobionti
4. Mediul organic	abundența alimentelor, stabilitatea condițiilor, protecția împotriva influențelor adverse.
factori limita:
simbionti

Habitat- aceasta este acea parte a naturii care înconjoară un organism viu și cu care interacționează direct. Componentele și proprietățile mediului sunt diverse și schimbătoare. Orice creatură vie trăiește într-o lume complexă și în schimbare, adaptându-se constant la ea și reglându-și activitatea de viață în conformitate cu schimbările sale și consumând materie, energie și informații venite din exterior.

Se numesc adaptări ale organismelor la mediul lor adaptare. Capacitatea de adaptare este una dintre principalele proprietăți ale vieții în general, deoarece oferă însăși posibilitatea existenței sale, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Adaptările apar și se schimbă în timpul evoluției speciilor.

Proprietățile individuale sau elementele mediului care afectează organismele sunt numite factori de mediu. Factorii de mediu sunt diverși. Ele pot fi necesare sau, dimpotrivă, dăunătoare ființelor vii, promovează sau împiedică supraviețuirea și reproducerea. Factorii de mediu au naturi diferite și acțiuni specifice. Factorii de mediu sunt împărțiți în abiotici, biotici și antropici.

Factori abiotici- temperatura, lumina, radiatiile radioactive, presiunea, umiditatea aerului, compozitia de sare a apei, vant, curenti, teren - acestea sunt toate proprietatile neanimatelor

natura care afectează direct sau indirect organismele vii.

Factori biotici- acestea sunt forme de influență ale ființelor vii unele asupra altora. Fiecare organism experimentează în mod constant influența directă sau indirectă a altor creaturi, intră în contact cu reprezentanții propriei specii și ai altor specii - plante, animale, microorganisme, depinde de acestea și le influențează el însuși. Lumea organică din jur este o parte integrantă a mediului înconjurător al fiecărei creaturi vii.

Legăturile reciproce dintre organisme stau la baza existenței biocenozelor și populațiilor; consideraţia lor ţine de domeniul sinecologiei.

Factori antropogeni- sunt forme de activitate ale societatii umane care duc la schimbari in natura ca habitatul altor specii sau le afecteaza direct viata. De-a lungul istoriei omenirii, dezvoltarea mai întâi a vânătorii, apoi a agriculturii, industriei și transporturilor a schimbat foarte mult natura planetei noastre. Importanța impactului antropic asupra întregii lumi vii a Pământului continuă să crească rapid.

Deși oamenii influențează natura vie prin modificări ale factorilor abiotici și ale relațiilor biotice ale speciilor, activitatea umană de pe planetă ar trebui identificată ca o forță specială care nu se încadrează în cadrul acestei clasificări. În prezent, aproape întreaga soartă a suprafeței vii a Pământului și a tuturor tipurilor de organisme este în mâinile societății umane și depinde de influența antropică asupra naturii.

Același factor de mediu are o semnificație diferită în viața organismelor co-vii din diferite specii. De exemplu, vânturile puternice iarna sunt nefavorabile pentru animalele mari, deschise, dar nu au niciun efect asupra celor mai mici care se ascund în vizuini sau sub zăpadă. Compoziția de sare a solului este importantă pentru nutriția plantelor, dar este indiferentă față de majoritatea animalelor terestre etc.

Modificările factorilor de mediu în timp pot fi: 1) periodic periodice, modificând puterea impactului în legătură cu momentul zilei sau anotimpul anului, sau ritmul fluxurilor și refluxurilor în ocean; 2) neregulat, fără o periodicitate clară, de exemplu, fără modificări ale condițiilor meteo în diferiți ani, fenomene de natură catastrofală - furtuni, averse, alunecări de teren etc.; 3) direcționate pe anumite perioade de timp, uneori lungi, de exemplu, în timpul răcirii sau încălzirii climei, supra-creșterea corpurilor de apă, pășunatul constant al animalelor în aceeași zonă etc.

Factorii de mediu de mediu au efecte variate asupra organismelor vii, de ex. poate acționa ca stimuli care provoacă modificări adaptive ale funcțiilor fiziologice și biochimice; ca limitări care fac imposibilă existența în condiții date; ca modificatori care provoacă modificări anatomice și morfologice în organism; ca semnale care indică modificări ale altor factori de mediu.

În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele generale pot fi identificate în natura impactului lor asupra organismelor și în răspunsurile ființelor vii.

Iată cele mai cunoscute.

Legea minimului a lui J. Liebig (1873):

• A) rezistența organismului este determinată de veriga slabă din lanțul nevoilor sale de mediu;
• b) toate condițiile de mediu necesare pentru a susține viața au un rol egal (legea echivalenței tuturor condițiilor de viață), orice factor poate limita existența unui organism.

Legea factorilor limitatori sau legea lui F. Blechman (1909):factorii de mediu care au o semnificaţie maximă în condiţii specifice complică (limitează) mai ales posibilitatea ca speciile să existe în aceste condiţii.

Legea toleranţei a lui W. Shelford (1913): Factorul limitator în viața unui organism poate fi un impact minim sau maxim asupra mediului, intervalul dintre care determină cantitatea de rezistență a organismului față de acest factor.

Ca exemplu care explică legea minimului, J. Liebig a desenat un butoi cu găuri, nivelul apei în care simbolizează rezistența corpului, iar găurile simbolizează factorii de mediu.

Legea optimului: fiecare factor are doar anumite limite de influență pozitivă asupra organismelor.

Rezultatul acțiunii unui factor variabil depinde, în primul rând, de puterea manifestării acestuia. Atât acțiunea insuficientă, cât și cea excesivă a factorului afectează negativ activitatea de viață a indivizilor. Forța favorabilă de influență se numește zona optimă a factorului de mediu, efectul inhibitor al acestui factor asupra organismelor

(zona pessimum). Valorile maxime și minime transferabile ale unui factor sunt puncte critice, dincolo de care existența nu mai este posibilă și apare moartea. Limitele de rezistență între punctele critice se numesc valența ecologică a ființelor vii în raport cu un anumit factor de mediu.

Reprezentanții diferitelor specii diferă foarte mult unul de celălalt atât în ​​ceea ce privește poziția optimului, cât și în valența ecologică.

Un exemplu de acest tip de dependență este următoarea observație. Necesarul fiziologic mediu zilnic de fluor la un adult este de 2000-3000 mcg, iar o persoană primește 70% din această cantitate din apă și doar 30% din alimente. Odată cu consumul prelungit de apă săracă în săruri de fluor (0,5 mg/dm3 sau mai puțin), se dezvoltă cariile dentare. Cu cât concentrația de fluor în apă este mai mică, cu atât incidența cariilor în populație este mai mare.

Concentrațiile mari de fluor în apa potabilă conduc, de asemenea, la dezvoltarea patologiei. Deci, atunci când concentrația sa este mai mare de 15 mg/dm 3, apare fluoroza - un fel de pete și colorare maronie a smalțului dinților, dinții sunt distruși treptat.

Orez. 3.1. Dependența rezultatului unui factor de mediu de intensitatea acestuia sau pur și simplu optim, pentru organismele acestei specii. Cu cât abaterile de la optim sunt mai puternice, cu atât mai pronunțate

Ambiguitatea efectului factorului asupra diferitelor funcții. Fiecare factor afectează diferite funcții ale corpului în mod diferit. Optimul pentru unele procese poate fi un pessimum pentru altele.

Regula interacțiunii factorilor. Esența sa constă în faptul că singur factorii pot spori sau atenua efectul altor factori. De exemplu, excesul de căldură poate fi într-o oarecare măsură atenuat de umiditatea scăzută a aerului, lipsa luminii pentru fotosinteza plantelor poate fi compensată printr-un conținut crescut de dioxid de carbon în aer etc. Din aceasta nu rezultă însă că factorii pot fi interschimbați. Nu sunt interschimbabile.

Regula factorilor limitatori: factor , care se află în deficiență sau exces (aproape de punctele critice), afectează negativ organismele și, în plus, limitează posibilitatea de manifestare a puterii altor factori, inclusiv a celor la optimi. De exemplu, dacă solul conține din abundență toate elementele chimice, cu excepția unuia, necesare unei plante, atunci creșterea și dezvoltarea plantei va fi determinată de cea care este în lipsă. Toate celelalte elemente nu își arată efectul. Factorii limitatori determină de obicei limitele de distribuție a speciilor (populațiilor) și habitatele acestora. Productivitatea organismelor și comunităților depinde de ele. Prin urmare, este extrem de important să se identifice cu promptitudine factorii de importanță minimă și excesivă, pentru a exclude posibilitatea manifestării lor (de exemplu, pentru plante - prin aplicarea echilibrată a îngrășămintelor).

Prin activitățile sale, o persoană încalcă adesea aproape toate modelele de acțiune enumerate ale factorilor. Acest lucru se aplică în special factorilor limitatori (distrugerea habitatului, perturbarea apei și a nutriției minerale a plantelor etc.).

Pentru a determina dacă o specie poate exista într-o anumită zonă geografică, este necesar mai întâi să se determine dacă vreun factor de mediu depășește valența sa ecologică, în special în perioada sa cea mai vulnerabilă de dezvoltare.

Identificarea factorilor limitanți este foarte importantă în practica agricolă, deoarece prin direcționarea eforturilor principale către eliminarea acestora se poate crește rapid și eficient randamentul plantelor sau productivitatea animalelor. Astfel, pe solurile foarte acide, randamentul grâului poate fi ușor crescut prin folosirea diferitelor influențe agronomice, dar cel mai bun efect se va obține doar ca urmare a vărării, care va înlătura efectul limitativ al acidității. Cunoașterea factorilor limitatori este astfel cheia controlului activității vitale a organismelor. În diferite perioade ale vieții indivizilor, diverși factori de mediu acționează ca factori limitatori, astfel încât este necesară o reglare abil și constantă a condițiilor de viață ale plantelor și animalelor cultivate.

Legea maximizării energiei sau legea lui Odum: supraviețuirea unui sistem în competiție cu altele este determinată de cea mai bună organizare a fluxului de energie în el și de utilizarea cantității sale maxime în cel mai eficient mod. Această lege se aplică și informațiilor. Prin urmare, Sistemul care are cele mai bune șanse de autoconservare este cel mai propice pentru furnizarea, producția și utilizarea eficientă a energiei și informațiilor. Orice sistem natural se poate dezvolta numai prin utilizarea capacităților materiale, energetice și informaționale ale mediului. Dezvoltarea absolut izolată este imposibilă.

Această lege are o semnificație practică importantă datorită principalelor consecințe:

• A) Producția absolut fără deșeuri este imposibilă Prin urmare, este important să se creeze producție cu deșeuri reduse, cu o intensitate scăzută a resurselor atât la intrare, cât și la ieșire (eficiență a costurilor și emisii scăzute). Idealul astăzi este crearea unei producții ciclice (deșeurile dintr-o producție servesc drept materie primă pentru alta etc.) și organizarea eliminării rezonabile a reziduurilor inevitabile, neutralizarea deșeurilor energetice nedemontabile;
• b) orice sistem biotic dezvoltat, folosind și modificând mediul său de viață, reprezintă o potențială amenințare pentru sistemele mai puțin organizate. Prin urmare, reapariția vieții în biosferă este imposibilă - va fi distrusă de organismele existente. În consecință, atunci când influențează mediul înconjurător, o persoană trebuie să neutralizeze aceste impacturi, deoarece pot fi distructive pentru natură și pentru om însuși.

Legea resurselor naturale limitate. Regula unu la sută. Deoarece planeta Pământ este un întreg natural limitat, părți infinite nu pot exista pe ea, prin urmare toate resursele naturale ale Pământului sunt finite. Resursele inepuizabile includ resursele energetice, crezând că energia Soarelui oferă o sursă aproape eternă de energie utilă. Greșeala aici este că un astfel de raționament nu ține cont de limitările impuse de energia biosferei în sine. Conform regulii unu la sută o modificare a energiei unui sistem natural cu 1% îl scoate din echilibru. Toate fenomenele de amploare de pe suprafața Pământului (cicloni puternici, erupții vulcanice, procesul de fotosinteză globală) au o energie totală care nu depășește 1% din energia radiației solare incidente pe suprafața Pământului. Introducerea artificială a energiei în biosferă în timpul nostru a atins valori apropiate de limită (diferă de ele cu cel mult un ordin matematic de mărime - de 10 ori).

Modele generale de acțiune a factorilor de mediu asupra organismelor

Numărul total de factori de mediu care afectează organismul sau biocenoza este enorm, unii dintre ei sunt bine cunoscuți și înțeleși, de exemplu, temperatura apei și a aerului; efectul altora, de exemplu, modificările gravitației, a început abia recent să fie studiat. . În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele pot fi identificate în natura impactului lor asupra organismelor și în răspunsurile ființelor vii.

Legea optimului (toleranța)

Conform acestei legi, formulată mai întâi de V. Shelford, pentru o biocenoză, un organism sau un anumit stadiu al dezvoltării sale, există o gamă a valorii factorilor cele mai favorabile (optimale). În afara zonei optime există zone de opresiune, transformându-se în puncte critice dincolo de care existența este imposibilă.

Densitatea maximă a populației este de obicei limitată la zona optimă. Zone optime pentru diferite organisme nu sunt la fel. Pentru unii, au o gamă semnificativă. Astfel de organisme aparțin grupului euribionti(greacă eury – larg; bios – viață).

Sunt numite organisme cu o gamă restrânsă de adaptare la factori stenobionte(Stenos grecesc - îngust).

Se numesc specii care pot exista într-o gamă largă de temperaturi euritermicși cei care pot trăi numai într-un interval restrâns de valori ale temperaturii - stenotermic.

Se numește capacitatea de a trăi în condiții cu salinitate diferită a apei eurihalină, la diferite adâncimi - eurybacy, în locuri cu umiditate diferită a solului - eurihigricitate etc. Este important de subliniat că zonele optime în raport cu diverși factori diferă și, prin urmare, organismele își demonstrează pe deplin potențialul dacă întreaga gamă de factori are valori optime pentru ei.

Ambiguitatea efectelor factorilor de mediu asupra diferitelor funcții ale corpului

Fiecare factor de mediu are un efect diferit asupra diferitelor funcții ale corpului. Optimul pentru unele procese poate fi opresiv pentru altele. De exemplu, temperatura aerului de la + 40 la + 45 ° C la animalele cu sânge rece crește foarte mult rata proceselor metabolice din organism, dar în același timp inhibă activitatea motorie, ceea ce duce în cele din urmă la torpore termică. Pentru mulți pești, temperatura apei care este optimă pentru maturarea produselor de reproducere se dovedește a fi nefavorabilă pentru depunerea icrelor.

Ciclul de viață, în care în anumite perioade de timp organismul îndeplinește în primul rând anumite funcții (nutriție, creștere, reproducere, așezare etc.), este întotdeauna în concordanță cu schimbările sezoniere în totalitatea factorilor de mediu. În același timp, organismele mobile își pot schimba habitatele pentru a îndeplini cu succes toate nevoile vieții lor.

Diversitatea reacțiilor individuale la factorii de mediu

Capacitatea de a îndura, punctele critice, zonele optime și normale ale activității de viață se schimbă destul de des pe parcursul ciclului de viață al indivizilor. Această variabilitate este determinată atât de calitățile ereditare, cât și de vârstă, sex și diferențe fiziologice. De exemplu, speciile adulte de crap de apă dulce și de biban, cum ar fi crapul, bibanul european etc., sunt destul de capabile să trăiască în apa golfurilor maritime interioare, cu o salinitate de până la 5-7 g/l, dar depunerea lor icre. Solurile sunt situate doar în zone foarte desalinizate, în jurul gurilor de râu, deoarece ouăle acestor pești se pot dezvolta normal la o salinitate a apei de cel mult 2 g/l. Larvele de crab nu pot trăi în apă dulce, dar crabii adulți se găsesc în estuarele râurilor, unde abundența de material organic transportat de curgerea râului creează o bună aprovizionare cu hrană. Fluturele morii, unul dintre dăunătorii periculoși ai produselor din făină și cereale, are o temperatură minimă critică pentru viață pentru omizi de -7 °C, pentru formele adulte -22 °C și pentru ouă -27 °C. O scădere a temperaturii aerului la -10 °C este fatală pentru omizi, dar nu este periculoasă pentru formele adulte și ouăle acestei specii. Astfel, toleranța ecologică caracteristică speciei în ansamblu se dovedește a fi mai largă decât toleranța fiecărui individ într-un anumit stadiu al dezvoltării sale.

Independența relativă a adaptării organismelor la diferiți factori de mediu

Gradul de rezistență al unui organism față de un anumit factor nu înseamnă prezența unei toleranțe similare în raport cu un alt factor. Speciile care pot supraviețui într-o gamă largă de condiții de temperatură pot să nu poată rezista la fluctuații mari ale salinității apei sau umidității solului. Cu alte cuvinte, speciile euritermale pot fi stenohaline sau stenohirice. Se numește un set de toleranțe de mediu (sensibilități) la diverși factori de mediu spectrul ecologic al speciei.

Interacțiunea factorilor de mediu

Zona optimă și limitele de rezistență în raport cu orice factor de mediu se pot schimba în funcție de puterea și combinația altor factori care acționează simultan. Unii factori pot spori sau atenua efectul altor factori. De exemplu, excesul de căldură poate fi atenuat într-o oarecare măsură de umiditatea scăzută a aerului. Ofilirea plantei poate fi oprită atât prin creșterea cantității de umiditate din sol, cât și prin scăderea temperaturii aerului, reducând astfel evaporarea. Lipsa de lumină pentru fotosinteza plantelor poate fi compensată printr-un conținut crescut de dioxid de carbon în aer etc. Din aceasta nu rezultă însă că factorii pot fi interschimbabili. Nu sunt interschimbabile. Lipsa completă de lumină va duce la moartea rapidă a plantei, chiar dacă umiditatea solului și cantitatea tuturor nutrienților din acesta sunt optime. Se numește acțiunea combinată a mai multor factori, în care efectul influenței lor se intensifică reciproc sinergie. Sinergismul se manifestă clar în combinații de metale grele (cupru și zinc, cupru și cadmiu, nichel și zinc, cadmiu și mercur, nichel și crom), precum și amoniac și cupru, agenți tensioactivi sintetici. Odată cu efectul combinat al perechilor acestor substanțe, efectul lor toxic crește semnificativ. Ca rezultat, chiar și concentrațiile mici ale acestor substanțe pot fi fatale pentru multe organisme. Un exemplu de sinergie poate fi, de asemenea, o amenințare crescută de îngheț în timpul înghețului cu vânturi puternice decât pe vreme calmă.

Spre deosebire de sinergie, pot fi identificați anumiți factori al căror impact reduce puterea efectului rezultat. Toxicitatea sărurilor de zinc și plumb este redusă în prezența compușilor de calciu, iar acidul cianhidric - în prezența oxidului feric și a oxidului feros. Acest fenomen se numește antagonism. În același timp, știind exact ce substanță are un efect antagonist asupra unui anumit poluant, puteți obține o reducere semnificativă a impactului negativ al acestuia.

Regula limitării factorilor de mediu și legea minimului

Esența regulii de limitare a factorilor de mediu este că un factor care se află în deficiență sau exces are un efect negativ asupra organismelor și, în plus, limitează posibilitatea de manifestare a puterii altor factori, inclusiv a celor optimi. De exemplu, dacă solul conține din abundență toți, cu excepția unuia dintre factorii de mediu chimici sau fizici necesari unei plante, atunci creșterea și dezvoltarea plantei vor depinde tocmai de amploarea acestui factor. Factorii limitatori determină de obicei limitele de distribuție a speciilor (populațiilor) și habitatele acestora. Productivitatea organismelor și comunităților depinde de ele.

Regula limitării factorilor de mediu a făcut posibil să se ajungă la justificarea așa-numitei „legi a minimului”. Se presupune că legea minimului a fost formulată pentru prima dată de către agronomul german J. Liebig în 1840. Conform acestei legi, rezultatul influenței unui set de factori de mediu asupra productivității culturilor agricole depinde în primul rând nu de acele elemente. ale mediului care sunt prezente de obicei în cantități suficiente, dar pe cele pentru care se caracterizează prin concentrații minime (bor, cupru, fier, magneziu etc.). De exemplu, lipsa borul reduce drastic rezistența plantelor la secetă.

Într-o interpretare modernă, această lege sună după cum urmează: rezistența unui organism este determinată de cea mai slabă verigă din lanțul nevoilor sale de mediu. Adică, capacitățile vitale ale unui organism sunt limitate de factori de mediu, a căror cantitate și calitate sunt aproape de minimul necesar pentru un anumit organism. Reducerea în continuare a acestor factori duce la până la moartea organismului.

Capacitățile de adaptare ale organismelor

Până în prezent, organismele au stăpânit patru medii principale ale habitatului lor, care diferă semnificativ în condițiile fizico-chimice. Acesta este mediul de apă, pământ-aer, sol, precum și mediul care este organismele vii înseși. În plus, organismele vii se găsesc în straturi de substanțe organice și organominerale situate adânc în subteran, în apele subterane și arteziene. Astfel, bacterii specifice au fost găsite în uleiul situat la adâncimi de peste 1 km. Astfel, Sfera Vieții include nu numai stratul de sol, dar se poate extinde, în condiții favorabile, mult mai adânc în scoarța terestră. În acest caz, principalul factor care limitează pătrunderea în adâncurile Pământului este, aparent, temperatura mediului, care crește pe măsură ce adâncimea de la suprafața solului crește. Este considerat activ la temperaturi peste 100 °C viata este imposibila.

Se numesc adaptări ale organismelor la factorii de mediu în care trăiesc adaptări. Adaptările sunt orice modificări ale structurii și funcției organismelor care cresc șansele lor de supraviețuire. Capacitatea de adaptare poate fi considerată una dintre principalele proprietăți ale vieții în general, deoarece oferă organismelor capacitatea de a supraviețui și de a se reproduce în mod durabil. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a întregilor sisteme ecologice.

Principalele tipuri de adaptări la nivelul organismului sunt următoarele:

· biochimic - se manifestă în procese intracelulare și se pot referi la modificări ale activității enzimelor sau ale cantității lor totale;

· fiziologic - de exemplu, ritmul respirator și ritmul cardiac crescut în timpul mișcării intense, transpirație crescută când temperatura crește la un număr de specii;

· morfoanatomice- caracteristici ale structurii și formei corpului asociate stilului de viață și mediului;

· comportamental - de exemplu, construirea de cuiburi și vizuini de către unele specii;

· ontogenetic - accelerarea sau decelerația dezvoltării individuale, promovând supraviețuirea atunci când condițiile se schimbă.

Organismele se adaptează cel mai ușor la acei factori de mediu care se schimbă clar și constant.