Закони впливу екологічних факторів на живі організми
Абіотичні фактори середовища проживання
Абіотичні фактори - це властивості неживої природи, які прямо чи опосередковано впливають на живі організми. На рис. 5 (див. Додаток) наведено класифікацію абіотичних факторів. Почнемо розгляд з кліматичних факторів зовнішнього середовища. Температура є найбільш важливим кліматичним фактором. Від неї залежить інтенсивність обміну речовин організмів і їх географічне поширення. Будь-який організм здатний жити в межах певного діапазону температур. І хоча для різних видів організмів (еврітермних і стенотермним) ці інтервали різні, для більшості з них зона оптимальних температур, при кото-яких життєві функції здійснюються найактивніше і ефективно, порівняно невелика. Діапазон температур, в яких може існувати життя, становить приблизно 300 С. від -200 до +100 ЬС. Але більшість видів і велика частина активності приурочені до ще більш вузькому діапазону температур. Певні організми, особливо в стадії спокою, можуть існувати принаймні деякий час, при дуже низьких температурах. Окремі види мікроорганізмів, головним чином бактерії і водорості, здатні жити і розмножуватися при температурах, близьких до точки кипіння. Верхня межа для бактерій гарячих джерел становить 88 С, для синьо-зелених водоростей - 80 С, а для найстійкіших риб і комах - близько 50 С. Як правило, верхні граничні значення фактора виявляються більш критичними, ніж нижні, хоча багато організми поблизу верхніх меж діапазону толерантності функціонують більш ефективно. У водних тварин діапазон толерантності до температурі зазвичай більш вузький порівняно з наземними тваринами, так як діапазон коливань температури у воді менше, ніж на суші. Таким чином, температура є важливим і дуже часто лімітуючим фактором. Температурні ритми в значній мірі контролюють сезонну і добову активність рослин і тварин.
Для живої речовини важливі якісні ознаки світла - довжина хвилі, інтенсивність і тривалість впливу. Іонізуюче випромінювання вибиває електрони з атомів і приєднує їх до інших атомам з утворенням пар позитивних і негативних іонів. Його джерелом служать радіоактивні речовини, що містяться в гірських породах, крім того, воно надходить з космосу. Різні види живих організмів сильно відрізняються за своїми здібностями витримувати великі дози радіаційного опромінення. Як показують дані здебільшого досліджень, найбільш чутливі до опромінення швидко діляться клітини. У вищих рослин чутливість до іонізуючого випромінювання прямо пропорційна розміру клітинного ядра, а точніше обсягом хромосом або змістом ДНК. Газовий склад атмосфери також є важливим кліматичним фактором. Приблизно 3-3,5 млрд років тому атмосфера містила азот, аміак, водень, метан і водяна пара, а вільний ки-слород в ній був відсутній. Склад атмосфери в значній мірі визначався вулканічними газами. Через відсутність кисню не існувало озонового екрану, що затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця. З плином часу за рахунок абіотичних процесів в атмосфері планети став накопичуватися кисень, почалося формування озонового шару. Вітер здатний навіть змінювати зовнішній вигляд рослин, особливо в тих місцях проживання, наприклад в альпійських зонах, де лимитирующее вплив роблять інші чинники. Експериментально показано, що у відкритих гірських місцепроживання вітер лімітує зростання рослин: коли побудували стіну, що захищала рослини від вітру, висота рослин збільшилася. Велике значення мають бурі, хоча їх дія суто локально. Урагани та звичайні вітри здатні переносити тварин і рослини на великі відстані і тим самим змінювати склад співтовариств. Атмосферний тиск, мабуть, не є лімітуючим фактором безпосереднього дії, проте воно має пряме відношення до погоди і клімату, які безпосередньо обмежуючого впливу.
Розглянемо далі фактори водного середовища.
Підгрунтям називають шар речовини, що лежить поверх гірських порід земної кори. Російський учений - натураліст Василь Васильович Докучаєв в 1870 році першим розглянув грунт як динамічну, а не інертну середу. Він довів, що грунт постійно змінюється і розвивається, а в її активній зоні йдуть хімічні, фізичні та біологічні процеси. Грунт формується в результаті складної взаємодії клімату, рослин, тварин і мікроорганізмів. До складу ґрунту входять чотири основних структурних компонента: мінеральна основа (зазвичай 50-60% загального складу грунту), органічна речовина (до 10%), повітря (15-25%) і вода (25-30%). Мінеральний скелет грунту - це неорганічний компонент, який утворився з материнської породи в результаті її вивітрювання. Органічне речовина грунту утворюється при розкладанні мертвих організмів, їх частин та екскрементів. Чи не повністю розклалися органічні залишки називаються підстилкою, а кінцевий продукт розкладання - аморфне речовина, в якому вже неможливо розпізнати первинний матеріал, - називається гумусом. Завдяки своїм фізичним і хімічним властивостям гумус покращує структуру грунту та його аерацію, а також підвищує здатність утримувати воду і поживні речовини. У грунті мешкає безліч видів рослинних і тваринних організмів, що впливають на її фізико-хімічні характеристики: бактерії, водорості, гриби або найпростіші одноклітинні, черви і членистоногі. Біомаса їх у різних грунтах дорівнює (кг / га): бактерій 1000-7000, мікроскопічних грибів - 100-1000, водоростей 100-300, членистоногих - 1000, хробаків 350-1000. Головним топографічним фактором є висота над рівнем моря. З висотою знижуються середні температури, збільшується добовий перепад температур, зростають кількість опадів, швидкість вітру і інтенсивність радіації, знижуються атмосферний тиск і концентрації газів. Всі ці фактори впливають на рослини і тварин, обумовлюючи вертикальну зональність. Гірські ланцюги можуть служити кліматичними бар'єрами. Гори служать також бар'єрами для поширення і міграції організмів і можуть грати роль лімітує фактора в процесах видоутворення.
Ще один топографічний чинник - експозиція схилу. У північній півкулі схили, звернені на південь, отримують більше сонячного світла, тому інтенсивність світла і температура тут вище, ніж на дні долин і на схилах північної експозиції. У південній півкулі має місце зворотна ситуація. Важливим фактором рельєфу є також крутизна схилу. Для крутих схилів характерні швидкий дренаж і змивання грунтів, тому тут грунту малопотужні і більш сухі. Для абіотичних умов справедливі все розглянуті закони впливу екологічних факторів на живі організми. Знання цих законів дозволяє відповісти на питання: чому в різних регіонах планети сформувалися різні екосистеми? Основна причина - своєрідність абіотичних умов кожного регіону.
Біотичні відносини і роль видів в екосистемі
Ареали поширення і чисельність організмів кожного виду обмежуються як умовами зовнішньої неживої середовища, але і їх відносинами з організмами інших видів. Безпосереднє живе оточення організму складає його биотическую середу, а чинники цього середовища називаються біотичними. Представники кожного виду здатні існувати в такому оточенні, де зв'язки з іншими організмами забезпечують їм нормальні умови життя. Розглянемо характерні особливості відносин різних типів. Конкуренція є в природі найбільш всеохоплюючим типом відносин, при якому дві популяції або дві особи в боротьбі за необхідні для життя умови впливають один на одного негативно. Конкуренція може бути внутрішньовидової і міжвидової. Внутрішньовидова боротьба відбувається між особинами одного і того ж виду, міжвидова конкуренція має місце між особинами різних видів. Конкурентне взаємодія може стосуватися життєвого простору, їжі або біогенних елементів, світла, місця укриття і багатьох інших життєво важливих факторів. Міжвидова конкуренція, незалежно від того, що лежить в її основі, може привести або до встановлення рівноваги між двома видами, або до заміні популяції одного виду популяцією іншого, або до того, що один вид витіснить інший в інше місце або ж змусить його перейти на використання інших ресурсів. Встановлено, що два однакових в екологічному відношенні і потребах виду не можуть співіснувати в одному місці і рано чи пізно один конкурент витісняє іншого. Це так званий принцип виключення або принцип Гаузе.
Оскільки в структурі екосистеми переважають харчові взаємодії, найбільш характерною формою взаємодії видів в трофічних ланцюгах є хижацтво, при якому особина одного виду, звана хижаком, харчується організмами (або частинами організмів) іншого виду, званого жертвою, причому хижак живе окремо від жертви. У таких випадках кажуть, що два види залучені у відносини хижак - жертва. Ще один тип взаємодії видів - паразитизм. Паразити харчуються за рахунок іншого організму, званого господарем, проте на відміну від хижаків вони живуть на господаря або всередині його організму протягом значної частини їхнього життєвого циклу. Паразит використовує для своєї життєдіяльності живильні речовини господаря, тим самим постійно послаблюючи, а нерідко вбиваючи його. Від паразитизму відрізняється Аменсалізм, при якому один вид завдає шкоди іншому, не отримуючи при цьому для себе ніякої користі. Найчастіше це ті випадки, коли заподіюється шкода полягає в зміні середовища. Так чинить людина, руйнуючи і забруднюючи навколишнє середовище. Нейтрализм - це такий тип відносин, при якому жодна з популяцій не робить на іншу ніякого впливу: ніяк не позначається на зростанні його популяцій, що знаходяться в рівновазі, і на їх щільності. Насправді буває, проте, досить важко за допомогою спостережень і експериментів в природних умовах переконатися, що два види абсолютно незалежні один від іншого. Узагальнюючи розгляд форм біотичних відносин, можна зробити наступні висновки:
1) відносини між живими організмами є одним з основних регуляторів чисельності та просторового розподілу організмів у природі;
2) негативні взаємодії між організмами проявляються на початкових стадіях розвитку співтовариства або в порушених природних умовах; в недавно сформувалися або нових асоціаціях ймовірність виникнення сильних негативних взаємодій більше, ніж у старих асоціаціях;
3) в процесі еволюції і розвитку екосистем виявляється тенденція до зменшення ролі негативних взаємодій за рахунок позитивних, підвищують виживання взаємодіючих видів.
Всі ці обставини людина повинна враховувати при проведенні заходів по управлінню екологічними системами та окремими популяціями з метою використання їх в своїх інтересах, а також передбачити непрямі наслідки, які можуть при цьому мати місце.