Абіотичні фактори середовища
Характеристика абіотичних чинників середовища
Умови життя (умови існування) - це сукупність необхідних для організму елементів, з якими він знаходиться в нерозривному зв'язку і без яких існувати не може.
Пристосування організму до середовища носять назву адаптації. Здатність до адаптації - одне з основних властивостей життя взагалі, що забезпечує можливість її існування, виживання і розмноження. Адаптація проявляється на різних рівнях - від біохімії кліток та поведінки окремих організмів до будови і функціонування спільнот і екосистем. Адаптації виникають і змінюються в ході еволюції виду.
Окремі властивості або елементи середовища, які впливають на організми, називаються екологічними факторами. Фактори середовища різноманітні. Вони мають різну природу і специфіку дії. Екологічні фактори поділяються на дві великі групи: абіотичні і біотичні.
Абіотичні фактори - це комплекс умов неорганічної середовища, які впливають на живі організми прямо чи опосередковано: температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, сольовий склад води і т.д.
Біотичні фактори - це всі форми впливу живих організмів один на одного. Кожен організм постійно відчуває на собі прямий або опосередкований вплив інших, вступаючи в зв'язок з представниками свого та інших видів.
В окремих випадках антропогенні фактори виділяють в самостійну групу поряд з біотичних і абіотичних факторів, підкреслюючи надзвичайну дію антропогенного чинника.
Антропогенні фактори - це всі форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як середовища проживання інших видів або безпосередньо позначаються на їхньому житті. Значення антропогенного впливу на весь живий світ Землі продовжує стрімко зростати.
Зміни факторів середовища в часі можуть бути:
регулярно-постійними, міняють силу впливу в зв'язку з часом доби, сезоном року або ритмом припливів і відливів в океані;
нерегулярними, без чіткої періодичності, наприклад, зміна погодних умов в різні роки, бурі, зливи, селі та т.д .;
спрямованими на протязі певних або тривалих відрізків часу, наприклад, похолодання чи потепління клімату, заростання водойми і т.д.
Екологічні фактори середовища можуть чинити на живі організми різноманітні впливи:
як подразники, викликаючи пристосувальні зміни фізіологічних і біохімічних функцій;
як обмежувачі, що обумовлюють неможливість існування в даних умовах;
як модифікатори, що викликають анатомічні та морфологічні зміни організмів;
як сигнали, що свідчать про зміну інших факторів.
Незважаючи на велику різноманітність екологічних факторів, в характері їх взаємодії з організмами і в відповідних реакціях живих істот можна виділити ряд загальних закономірностей.
Інтенсивність екологічного чинника, найбільш сприятлива для життєдіяльності організму, - оптимум, а дає найгірший ефект - песимум, тобто умови, при яких життєдіяльність організму максимально пригнічується, але він ще може існувати. Так, при вирощуванні рослин в різних температурних режимах точка, при якій спостерігається максимальне зростання, і буде оптимумом. У більшості випадків це якийсь діапазон температур, що становить кілька градусів, тому тут краще говорити про зону оптимуму. Весь інтервал температур (від мінімальної до максимальної), при яких ще можливий ріст, називають діапазоном стійкості (витривалості), або толерантності. Точка, що обмежує його (тобто мінімальна і максимальна) придатні для життя температури - це межа стійкості. Між зоною оптимуму і межею стійкості в міру наближення до останнього рослина відчуває все наростаючий стрес, тобто мова йде про стресових зонах, або зонах гноблення, в рамках діапазону стійкості
Залежність дії екологічного чинника від його інтенсивності (по В.А. Радкевичу, 1977)
У міру віддалення вгору і вниз але шкалою не тільки посилюється стрес, а в кінцевому підсумку, після досягнення меж стійкості організму, відбувається його загибель. Подібні експерименти можна проводити і для перевірки впливу інших факторів. Результати графічно будуть відповідати кривої подібного типу.
Наземно-повітряне середовище життя, її характеристика та форми адаптації до неї
Низька щільність повітря визначає його малу підйомну силу і незначну опорность. Організми повітряного середовища повинні мати власну опорну систему, яка підтримує тіло: рослини - різноманітні механічні тканини, тварини - твердий або гідростатичний скелет. Крім цього, всі мешканці повітряного середовища тісно пов'язані з поверхнею землі, яка служить їм для прикріплення і опори.
Мала щільність повітря забезпечує низьку опірність пересування. Тому багато наземні тварини придбали здатність до польоту. До активного польоту пристосувалося 75% всіх наземних, переважно комахи та птахи.
Завдяки рухливості повітря, існуючим в нижніх шарах атмосфери вертикальних і горизонтальних потоків повітряних мас можливий пасивний політ організмів. У зв'язку з цим у багатьох видів розвинена анемохорія - розселення за допомогою повітряних потоків. Анемохорія характерна для суперечка, насіння і плодів рослин, цист найпростіших, дрібних комах, павуків і т.д. Пасивно переносяться потоками повітря організми отримали в сукупності назву аеропланктон.
Наземні організми існують в умовах порівняно низького тиску, обумовленого малою щільністю повітря. У нормі воно дорівнює 760 мм ртутного стовпа. Зі збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується. Низький тиск може обмежувати поширеність видів в горах. Для хребетних тварин верхня межа життя - близько 60 мм. Зниження тиску тягне за собою зменшення забезпеченості киснем і зневоднення тварин за рахунок збільшення частоти дихання. Приблизно такі ж межі просування в горах мають вищі рослини. Кілька більш витривалі членистоногі, які можуть зустрічатися на льодовиках, вище кордону рослинності.
Газовий склад повітря. Крім фізичних властивостей повітряного середовища, для існування наземних організмів дуже важливі її хімічні властивості. Газовий склад повітря в приземному шарі атмосфери досить однорідний щодо змісту основних компонентів (азот - 78,1%, кисень - 21,0%, аргон - 0,9%, вуглекислий газ - 0,003% від обсягу).
Азот повітря для більшості мешканців наземної середовища є інертним газом, але окремі мікроорганізми (бульбочкові бактерії, азотбактер, синьо-зелені водорості та ін.) Мають здатність зв'язувати його і залучати до біологічний кругообіг речовин.
Дефіцит вологи - одна з істотних особливостей наземно-повітряного середовища життя. Вся еволюція наземних організмів йшла під знаком пристосування до добування і збереженню вологи. Режими вологості середовища на суші дуже різноманітні - від повного і постійного насичення повітря водяними парами в деяких районах тропіків до практично повної їх відсутності в сухому повітрі пустель. Також значна добова і сезонна мінливість вмісту водяної пари в атмосфері. Водозабезпеченість наземних організмів залежить також від режиму випадання опадів, наявності водойм, запасів ґрунтової вологи, близькості фунтових вод і т.д.
Це призвело до розвитку у наземних організмів адаптації до різних режимів водозабезпечення.
Температурний режим. Наступною відмінною рисою повітряно-наземної середовища є значні температурні коливання. У більшості районів суші добові і річні амплітуди температур становлять десятки градусів. Стійкість до температурних змін середовища у наземних мешканців дуже різна, залежно від того, в якому конкретному місцеперебування проходить їхнє життя. Однак в цілому наземні організми значно більше Еврітермние в порівнянні з водними організмами.
Умови життя в наземно-повітряному середовищі ускладнюються, крім того, існуванням погодних змін. Погода - безперервно мінливі стану атмосфери у позикової поверхні, до висоти приблизно в 20 км (межа тропосфери). Мінливість погоди проявляється в постійному варьировании поєднання таких факторів середовища, як температура, вологість повітря, хмарність, опади, сила і напрям вітру і т.д. Багаторічний режим погоди характеризує клімат місцевості. У поняття «Клімат» входять не тільки середні значення метеорологічних явищ, але також їх річний і добовий хід, відхилення від нього та їх повторюваність. Клімат визначається географічними умовами району. Основні кліматичні чинники - температура і вологість - вимірюються кількістю опадів і насиченістю повітря водяними парами.
Для більшості наземних організмів, особливо дрібних, не так важливий клімат району, скільки умови їх безпосереднього проживання. Дуже часто місцеві елементи середовища (рельєф, експозиція, рослинність і т.д.) так змінюють в конкретній ділянці режим температур, вологості, світла, руху повітря, що він значно відрізняється від кліматичних умов місцевості. Такі модифікації клімату, що складаються в приземному шарі повітря, називаються мікрокліматом. У кожній зоні мікроклімат дуже різноманітний. Можна виділити мікроклімат дуже невеликих ділянок.
Світловий режим наземно-повітряного середовища також володіє деякими особливостями. Інтенсивність і кількість світла тут найбільш великі і практично не лімітують життя зелених рослин, як у воді або грунті. На суші можливе існування надзвичайно світлолюбних видів. Для переважної більшості наземних тварин з денною і навіть нічний активністю зір являє собою один з основних способів орієнтації. У наземних тварин зір має важливе значення для пошуків видобутку, багато видів мають навіть кольоровим зором. У зв'язку з цим у жертв виникають такі пристосувальні особливості, як захисна реакція, що маскує і попереджає забарвлення, мімікрія і т.д. У водних мешканців такі адаптації розвинені значно менше. Виникнення яскраво забарвлених квіток вищих рослин також пов'язано з особливостями апарату запилювачів і в кінцевому рахунку - зі світловим режимом середовища.
Рельєф місцевості і властивості грунту - також умови життя наземних організмів і, в першу чергу, рослин. Властивості земної поверхні, які надають екологічний вплив на її мешканців, об'єднуються «едафічними факторами середовища» (від грецького «едафос» - «грунт»).
По відношенню до різних властивостями грунтів можна виділити цілий ряд екологічних груп рослин. Так, по реакції на кислотність грунту розрізняють:
ацидофільні види - ростуть на кислих грунтах з рН не менше 6,7 (рослини сфагнових боліт);
нейтрофільні - схильні рости на грунтах з рН 6,7-7,0 (більшість культурних рослин);
базіфільние - ростуть при рН більше 7,0 (мордовник, лісова ветренніци);
індиферентності - можуть виростати на грунтах з різним значенням рН (конвалія).
Відрізняються рослини і по відношенню до вологості грунту. Певні види приурочені до різних субстратів, наприклад, петрофіти ростуть на кам'янистих грунтах, пасмофіти заселяють сипучі піски.
Рельєф місцевості і характер грунту впливають на специфіку пересування тварин: наприклад, копитних, страусів, дрохв, що живуть на відкритих просторах, твердому грунті, для посилення відштовхування при бігу. У ящірок, що мешкають в сипучих пісках, пальці облямовані бахромою з рогових лусочок, що збільшують опори. Для наземних мешканців, вириті нори, щільний грунт несприятливий. Характер грунту в певних випадках впливає на розподіл наземних тварин, що риють нори або зариваються в грунт, або відкладають яйця в грунт і т.д.
Поняття про «ноосфері» - сферу розуму і наукових принципів використання біосфери
У загальних рисах перетворення біосфери в ноосферу можна представити таким чином.
Спочатку людина брала у біосфери кошти для існування і віддавав їй те, що в біосфері могли використовувати інші організми. Тому діяльність людей на цьому етапі незначно відрізнялася від діяльності організмів.
У міру розвитку людське суспільство все більш руйнівна впливало на біосферу. У сучасних умовах людина вже усвідомлює, що він повинен зважати на її законами розвитку і можливостями. При переході біосфери в ноосферу перед людством виникає величезна за масштабами і значенням завдання - навчитися свідомо регулювати взаємовідносини суспільства і природи.
В останні 150 років населення Землі росло і продовжує зростати феноменальними, вибухоподібному темпами.
З найдавніших історичних епох до початку минулого століття чисельність світового народонаселення становила близько сотні мільйонів чоловік, то повільно зростаючи, то знижуючись через епідемій і хвиль голоду, і тільки близько 1830 року сягнула 2 млрд. Чоловік. Однак в XYIIT-XIX ст. ситуація помітно змінилася. Населення перейшло від стану повільного зростання, перемежованого спадами, до епохи вибухового збільшення. Приблизно в 1930 році, всього через 100 років після двохмільярдного рівня, його чисельність перевищила 2 млрд. Чоловік. Через вже 30 років (1960), досягла 3 млрд .; і всього лише через 15 років (1975) - 4 млрд. Потім, ще через 12 років (1987), народонаселення Землі перевищило п'ятимільярдну позначку, і таке зростання триває, складаючи приблизно 90 млн. осіб на рік. Однак протягом двох останніх десятиліть процентні темпи приросту почали знижуватися. Незважаючи на це, за нинішньої величезної чисельності населення, його абсолютна чисельність зростатиме швидше, ніж раніше.
Які ж причини демографічного вибуху? Відомо, що у всіх видів є продуктивний потенціал, який призведе до популяційному вибуху, якщо високий відсоток потомства доживе до зрілого віку і розмножиться.
Зростання природних популяцій стримується опором середовища, тобто факторами, що приводять до загибелі значної частки молоді до настання репродуктивного віку. Приблизно до XIX століття так йшли справи й з людською популяцією. Ще в кінці XVIII століття не було нічого незвичайного в тому, що батьки заводили по 7-10 дітей, з яких тільки 1-3 доживали до зрілого віку. Епідемії захворювань типу віспи, вітрянки, дизентерії, дифтерії, скарлатини, кору, коклюшу несли безліч дитячих життів. Іншими словами, народжуваність була високою, але через високу смертність в дитячому віці населення якщо й росло, то повільно.
Швидке зростання народонаселення почався через зниження дитячої смертності при збереженні колишнього рівня народжуваності.
Порівнюючи темпи приросту населення в різних країнах, чисельність населення зазвичай ділять на групи (по 1000 чоловік) і розраховують середнє число народжень і смертей на 1000 осіб на рік. Ці показники називають загальними коефіцієнтами народжуваності (ОКР) і смертності (ГКС). Віднімаючи ОКС з ОКР, отримують природний приріст (або зменшення). Темпи приросту (або зменшення) можна виразити в процентах, якщо результат поділити ще на 10, тобто отримують зміни на кожні 100 чоловік.
Сучасні статистичні дані говорять, що темпи приросту населення в деяких високорозвинених країнах бувають навіть негативними, тоді як у націй із середнім і низьким доходом вони завжди досить високі. В цілому ж рівень народжуваності зберігається в світі в межах 40-50%, і природно, що при зниженні дитячої смертності відбувається швидке зростання народонаселення.
високорозвинені, промислові, або країни з високим національним доходом: США, Канада, Японія, Австрія, країни Західної Європи і Скандинавії;
помірно розвинені, або країни з середнім національним доходом: більшість держав Латинської Америки (Мексика, Центральна і Південна Америка), Північної і Західної Африки, Південно-Східної Азії;
Проте, саме в слаборозвинених країнах населення зростає найшвидше. Якщо нинішня швидкість його збільшення збережеться, то воно подвоїться через 25-35 років. Чисельність населення високорозвинених країн наближається до постійного рівня, хоча картина тут ускладнюється імміграції.
Ключовим фактором, що визначає диспропорції в темпах приросту населення, є сумарний коефіцієнт народжуваності (СКР), тобто середнє число дітей, яких народжує кожна жінка протягом життя. При сучасному стані охорони здоров'я більшість їх доживаю! до статевої зрілості і, в свою чергу, обзаводяться дітьми. Якщо припустити, що всі діти виживають, то СКР, рівний 2,0, забезпечить незмінну чисельність населення: два дитини замінять батька і матір, коли ті помруть. СКР нижче 2,0 призведе до зниження чисельності населення, тому що батьківське покоління буде заміщено в повному обсязі, а СКР вище 2,0 зумовить зростання населення. СКР в високорозвинених країнах дорівнює 1,9, тобто трохи нижче рівня простого відтворення. Однак населення до цих пір росте, тому що більш висока народжуваність в минулому призвела до того, що нинішнє покоління досить численне, і в даний час, не дивлячись на низький СКР, число новонароджених тут перевищує число померлих. Але вже можна прогнозувати стабілізацію і зниження чисельності населення, тобто нинішнє, численне покоління батьків старіє, вмирає і не повністю заміщається дітьми. СКР в менш розвинених країнах становить 4,8. Це більш ніж удвічі перевищує просту яка б відтворювала народжуваність і призводить до подвоєння чисельності населення в кожному поколінні.
Варто окремо зупинитися на питанні про чисельність населення в наступні роки в Росії.