Historia wiedzy o środowisku sięga wielu wieków wstecz. Już prymitywni ludzie musieli posiadać pewną wiedzę na temat roślin i zwierząt, ich sposobu życia, relacji między sobą i środowiskiem. W ramach ogólnego rozwoju nauk przyrodniczych nastąpiła także akumulacja wiedzy, która obecnie należy do dziedziny nauk o środowisku. Ekologia wyłoniła się jako niezależna dyscyplina w XIX wieku.

Termin ekologia (od greckiego eko – dom, logos – nauczanie) został wprowadzony do nauki przez niemieckiego biologa Ernesta Haeckela.

W 1866 roku w swojej pracy „Ogólna morfologia organizmów” napisał, że jest to „...suma wiedzy związanej z ekonomiką przyrody: badanie całego zespołu relacji pomiędzy zwierzęciem a jego środowiskiem, zarówno organicznym, jak i i nieorganicznych, a przede wszystkim jego przyjazne lub wrogie stosunki z zwierzętami i roślinami, z którymi ma bezpośredni lub pośredni kontakt.” Definicja ta klasyfikuje ekologię jako naukę biologiczną. Na początku XX wieku. ukształtowanie się podejścia systemowego i rozwój doktryny biosfery, która jest obszerną dziedziną wiedzy, obejmującą wiele dziedzin naukowych zarówno cyklu naturalnego, jak i humanitarnego, w tym ekologię ogólną, doprowadziło do rozpowszechnienia się poglądów ekosystemowych w ekologii. Głównym przedmiotem badań ekologii stał się ekosystem.

Ekosystem to zbiór żywych organizmów, które oddziałują ze sobą oraz ze swoim otoczeniem poprzez wymianę materii, energii i informacji w taki sposób, że ten pojedynczy system pozostaje stabilny przez długi czas.

Coraz większy wpływ człowieka na środowisko spowodował konieczność ponownego poszerzenia granic wiedzy o środowisku. W drugiej połowie XX wieku. Postęp naukowo-techniczny pociągnął za sobą szereg problemów, które uzyskały status globalny, stąd w polu widzenia ekologii problematyka analizy porównawczej systemów naturalnych i wytworzonych przez człowieka oraz poszukiwanie sposobów ich harmonijnego współistnienia i rozwoju zyskały na znaczeniu wyraźnie się ujawniło.

W związku z tym struktura nauk o środowisku uległa zróżnicowaniu i stała się bardziej złożona. Teraz można ją przedstawić jako cztery główne gałęzie, dalej podzielone: ​​bioekologia, geoekologia, ekologia człowieka, ekologia stosowana.

Ekologię możemy zatem zdefiniować jako naukę o ogólnych prawach funkcjonowania ekosystemów różnych porządków, zbiór naukowych i praktycznych zagadnień relacji człowieka z przyrodą.

2. Czynniki środowiskowe, ich klasyfikacja, rodzaje oddziaływania na organizmy

Każdy organizm w przyrodzie doświadcza wpływu szerokiej gamy składników środowiska. Wszelkie właściwości lub składniki środowiska, które wpływają na organizmy, nazywane są czynnikami środowiskowymi.

Klasyfikacja czynników środowiskowych. Czynniki środowiskowe (czynniki ekologiczne) są różnorodne, mają różny charakter i specyficzne działanie. Wyróżnia się następujące grupy czynników środowiskowych:

1. Abiotyczny (czynniki przyrody nieożywionej):

a) klimatyczne - warunki oświetleniowe, warunki temperaturowe itp.;

b) edaficzny (lokalny) - zaopatrzenie w wodę, rodzaj gleby, ukształtowanie terenu;

c) orograficzne - prądy powietrza (wiatru) i wody.

2. Czynniki biotyczne to wszelkie formy wzajemnego oddziaływania organizmów żywych:

Rośliny Rośliny. Rośliny Zwierzęta. Sadzi grzyby. Rośliny Mikroorganizmy. Zwierzęta Zwierzęta. Zwierzęta Grzyby. Zwierzęta Mikroorganizmy. Grzyby Grzyby. Grzyby Mikroorganizmy. Mikroorganizmy Mikroorganizmy.

3. Czynniki antropogeniczne to wszelkie formy działalności społeczeństwa ludzkiego, które prowadzą do zmian w siedliskach innych gatunków lub bezpośrednio wpływają na ich życie. Oddziaływanie tej grupy czynników środowiskowych gwałtownie wzrasta z roku na rok.

Rodzaje oddziaływania czynników środowiskowych na organizmy. Czynniki środowiskowe mają różny wpływ na organizmy żywe. Mogą być:

Bodźce przyczyniające się do pojawienia się adaptacyjnych zmian fizjologicznych i biochemicznych (hibernacja, fotoperiodyzm);

Ograniczniki zmieniające rozmieszczenie geograficzne organizmów ze względu na niemożność istnienia w danych warunkach;

Modyfikatory powodujące zmiany morfologiczne i anatomiczne w organizmach;

Sygnały wskazujące zmiany innych czynników środowiskowych.

Ogólne wzorce działania czynników środowiskowych:

Ze względu na ogromną różnorodność czynników środowiskowych, różne typy organizmów, doświadczając ich wpływu, odmiennie na nie reagują, można jednak zidentyfikować szereg ogólnych praw (wzorców) działania czynników środowiskowych. Przyjrzyjmy się niektórym z nich.

1. Prawo optymalne

2. Prawo ekologicznej indywidualności gatunków

3. Prawo czynnika ograniczającego (ograniczającego).

4. Prawo dwuznacznego działania

3. Wzorce działania czynników środowiskowych na organizmy

1) Optymalna zasada. Dla ekosystemu, organizmu lub jego określonego etapu

rozwoju istnieje przedział najkorzystniejszej wartości współczynnika. Gdzie

czynniki są korzystne; gęstość zaludnienia jest maksymalna. 2) Tolerancja.

Cechy te zależą od środowiska, w którym żyją organizmy. Jeśli ona

na swój sposób stabilny

u Ciebie, ma większą szansę na przeżycie organizmów.

3) Zasada interakcji czynników. Niektóre czynniki mogą zwiększyć lub

złagodzić wpływ innych czynników.

4) Reguła czynników ograniczających. Czynnik, którego brakuje lub

nadmiar negatywnie wpływa na organizmy i ogranicza możliwość manifestacji. wytrzymałość

działanie innych czynników. 5) Fotoperiodyzm. W ramach fotoperiodyzmu

zrozumieć reakcję organizmu na długość dnia. Reakcja na zmiany oświetlenia.

6) Dostosowanie do rytmu zjawisk naturalnych. Dostosowanie do codziennego i

rytmy pór roku, zjawiska pływowe, rytmy aktywności słonecznej,

fazy księżyca i inne zjawiska powtarzające się ze ścisłą częstotliwością.

Ek. wartościowość (plastyczność) - zdolność do org. dostosować się do dep. czynniki środowiskowe środowisko.

Wzorce działania czynników środowiskowych na organizmy żywe.

Czynniki środowiskowe i ich klasyfikacja. Wszystkie organizmy są potencjalnie zdolne do nieograniczonego rozmnażania się i rozprzestrzeniania: nawet gatunki prowadzące przywiązany tryb życia mają co najmniej jedną fazę rozwojową, w której są zdolne do aktywnego lub pasywnego rozprzestrzeniania się. Ale jednocześnie skład gatunkowy organizmów żyjących w różnych strefach klimatycznych nie miesza się: każdy z nich charakteryzuje się pewnym zestawem gatunków zwierząt, roślin i grzybów. Tłumaczy się to ograniczeniem nadmiernego rozmnażania i rozprzestrzeniania się organizmów przez pewne bariery geograficzne (morza, pasma górskie, pustynie itp.), Czynniki klimatyczne (temperatura, wilgotność itp.), A także relacje między poszczególnymi gatunkami.

W zależności od charakteru i charakterystyki działania czynniki środowiskowe dzielą się na abiotyczne, biotyczne i antropogeniczne (antropiczne).

Czynniki abiotyczne to składniki i właściwości przyrody nieożywionej, które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na poszczególne organizmy i ich grupy (temperatura, światło, wilgotność, skład gazowy powietrza, ciśnienie, skład soli w wodzie itp.).

Odrębną grupę czynników środowiskowych stanowią różne formy działalności gospodarczej człowieka, zmieniające stan siedlisk różnych gatunków istot żywych, w tym samego człowieka (czynniki antropogeniczne). W stosunkowo krótkim okresie istnienia człowieka jako gatunku biologicznego jego działalność radykalnie zmieniła wygląd naszej planety, a wpływ ten na przyrodę z roku na rok wzrasta. Intensywność działania niektórych czynników środowiskowych może pozostać stosunkowo stabilna przez długie historyczne okresy rozwoju biosfery (na przykład promieniowanie słoneczne, grawitacja, skład soli wody morskiej, skład gazu w atmosferze itp.). Większość z nich ma zmienną intensywność (temperatura, wilgotność itp.). Stopień zmienności każdego czynnika środowiskowego zależy od charakterystyki siedliska organizmów. Przykładowo temperatura na powierzchni gleby może znacznie się różnić w zależności od pory roku, dnia, pogody itp., natomiast w zbiornikach na głębokościach przekraczających kilka metrów różnic temperatur prawie nie ma.

Zmiany czynników środowiskowych mogą być:

Okresowe, w zależności od pory dnia, pory roku, położenia Księżyca względem Ziemi itp.;

Nieokresowe, na przykład erupcje wulkanów, trzęsienia ziemi, huragany itp.;

Kierowane na znaczące okresy historyczne, na przykład zmiany klimatu Ziemi związane z redystrybucją stosunku powierzchni lądowych do Oceanu Światowego.

Każdy z żywych organizmów stale dostosowuje się do całego zespołu czynników środowiskowych, czyli do siedliska, regulując procesy życiowe zgodnie ze zmianami tych czynników. Siedlisko to zespół warunków, w których żyją określone osobniki, populacje lub grupy organizmów.

Wzorce oddziaływania czynników środowiskowych na organizmy żywe. Pomimo tego, że czynniki środowiskowe są bardzo różnorodne i mają różny charakter, obserwuje się pewne wzorce ich wpływu na organizmy żywe, a także reakcje organizmów na działanie tych czynników. Adaptacje organizmów do warunków środowiskowych nazywane są adaptacjami. Wytwarzane są na wszystkich poziomach organizacji materii żywej: od molekularnej po biogeocenotyczną. Adaptacje nie mają charakteru stałego, gdyż zmieniają się w trakcie historycznego rozwoju poszczególnych gatunków w zależności od zmian natężenia czynników środowiskowych. Każdy typ organizmu jest w szczególny sposób przystosowany do określonych warunków życia: nie ma dwóch bliskich sobie gatunków, które byłyby podobne w swoich adaptacjach (zasada indywidualności ekologicznej). Zatem kret (seria owadożerna) i kret szczur (seria gryzonie) są przystosowane do życia w glebie. Ale kret kopie przejścia za pomocą przednich kończyn, a kret szczur kopie siekaczami, wyrzucając ziemię głową.

Dobre przystosowanie organizmów do określonego czynnika nie oznacza takiego samego przystosowania się do innych (zasada względnej niezależności adaptacji). Na przykład porosty, które mogą osiedlać się na podłożach ubogich w materię organiczną (takich jak skały) i wytrzymują okresy suszy, są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenie powietrza.

Istnieje również prawo optymalności: każdy czynnik ma pozytywny wpływ na organizm tylko w określonych granicach. Strefą optymalną nazywa się intensywność oddziaływania czynnika środowiskowego sprzyjającego organizmom określonego typu. Im bardziej intensywność działania określonego czynnika środowiskowego odbiega od optymalnego w tym czy innym kierunku, tym wyraźniejszy będzie jego wpływ hamujący na organizmy (strefa pesymalna). Natężenie oddziaływania czynnika środowiskowego, w wyniku którego istnienie organizmów staje się niemożliwe, nazywa się górną i dolną granicą wytrzymałości (punkty krytyczne maksimum i minimum). Odległość między granicami wytrzymałości określa wartościowość ekologiczną danego gatunku w stosunku do określonego czynnika. Zatem wartościowość środowiskowa to zakres intensywności oddziaływania czynnika środowiskowego, w którym możliwe jest istnienie określonego gatunku.

Szeroką wartościowość ekologiczną osobników danego gatunku w odniesieniu do określonego czynnika środowiskowego określa się przedrostkiem „eur-”. Tym samym lisy polarne zaliczane są do zwierząt eurytermicznych, gdyż są w stanie wytrzymać znaczne wahania temperatury (w granicach 80°C). Niektóre bezkręgowce (gąbki, serpentyny, szkarłupnie) należą do organizmów eurybatherous i dlatego osiedlają się ze strefy przybrzeżnej na duże głębokości, wytrzymując znaczne wahania ciśnienia. Gatunki, które mogą żyć w szerokim zakresie wahań różnych czynników środowiskowych, nazywane są eurybiontnimi. Wąska wartościowość ekologiczna, to znaczy niezdolność do wytrzymania znaczących zmian określonego czynnika środowiskowego, jest oznaczona przedrostkiem „stenotermiczny” (na przykład stenotermiczny). , stenobiontny itp.).

Optimum i granice wytrzymałości organizmu w stosunku do pewnego czynnika zależą od intensywności działania innych. Na przykład przy suchej i bezwietrznej pogodzie łatwiej jest wytrzymać niskie temperatury. Zatem optymalne i granice wytrzymałości organizmów w odniesieniu do dowolnego czynnika środowiskowego mogą przesunąć się w określonym kierunku w zależności od siły i kombinacji działania innych czynników (zjawisko interakcji czynników środowiskowych).

Jednak wzajemne kompensowanie się istotnych czynników środowiska ma pewne granice i żadnego nie można zastąpić innymi: jeśli intensywność działania przynajmniej jednego czynnika przekroczy granice wytrzymałości, istnienie gatunku staje się niemożliwe, pomimo optymalnej intensywności działanie innych. Tym samym brak wilgoci hamuje proces fotosyntezy nawet przy optymalnym oświetleniu i stężeniu CO2 w atmosferze.

Czynnik, którego intensywność działania przekracza granice wytrzymałości, nazywa się ograniczającym. Czynniki ograniczające określają obszar występowania gatunku (obszar). Na przykład rozprzestrzenianie się wielu gatunków zwierząt na północ jest utrudnione przez brak ciepła i światła, a na południu przez podobny brak wilgoci.

Zatem o obecności i zamożności danego gatunku w danym siedlisku decyduje jego interakcja z całym szeregiem czynników środowiskowych. Niedostateczna lub nadmierna intensywność działania któregokolwiek z nich uniemożliwia pomyślność i samo istnienie poszczególnych gatunków.

Czynniki środowiskowe to wszelkie elementy środowiska, które wpływają na organizmy żywe i ich grupy; dzieli się je na abiotyczne (składniki przyrody nieożywionej), biotyczne (różne formy interakcji między organizmami) i antropogeniczne (różne formy działalności gospodarczej człowieka).

Adaptacje organizmów do warunków środowiskowych nazywane są adaptacjami.

Każdy czynnik środowiskowy ma tylko pewne granice pozytywnego wpływu na organizmy (prawo optymalności). Granice intensywności działania czynnika, przy których istnienie organizmów staje się niemożliwe, nazywane są górną i dolną granicą wytrzymałości.

Optimum i granice wytrzymałości organizmów w odniesieniu do dowolnego czynnika środowiskowego mogą zmieniać się w określonym kierunku w zależności od intensywności i kombinacji działania innych czynników środowiskowych (zjawisko interakcji czynników środowiskowych). Ale ich wzajemne wynagrodzenie jest ograniczone: żadnego istotnego czynnika nie można zastąpić innymi. Czynnik środowiskowy wykraczający poza granice wytrzymałości nazywa się ograniczającym, wyznacza zasięg określonego gatunku.

Plastyczność ekologiczna organizmów

Plastyczność ekologiczna organizmów (wartościowość ekologiczna) to stopień przystosowania się gatunku do zmian czynników środowiskowych. Wyraża się ona zakresem wartości czynników środowiskowych, w obrębie których dany gatunek utrzymuje normalną aktywność życiową. Im szerszy zakres, tym większa plastyczność środowiska.

Gatunki, które mogą istnieć przy niewielkich odchyleniach współczynnika od optymalnego, nazywane są wysoce wyspecjalizowanymi, a gatunki, które mogą wytrzymać znaczne zmiany współczynnika, nazywane są szeroko przystosowanymi.

Plastyczność środowiska można rozpatrywać zarówno w odniesieniu do pojedynczego czynnika, jak i w odniesieniu do zespołu czynników środowiskowych. Na zdolność gatunku do tolerowania znaczących zmian niektórych czynników wskazuje odpowiedni termin z przedrostkiem „każdy”:

Eurytermiczny (plastyczny do temperatury)

Eurygolinaceae (zasolenie wody)

Euryfotyczny (plastikowy do światła)

Eurygygric (plastik na wilgoć)

Euryoic (plastik do siedliska)

Euryfag (plastik do żywności).

Gatunki przystosowane do niewielkich zmian tego czynnika określa się terminem z przedrostkiem „steno”. Przedrostki te służą do wyrażenia względnego stopnia tolerancji (na przykład u gatunków stenotermicznych optymalne i pesymalne temperatury ekologiczne są blisko siebie).

Gatunkami charakteryzującymi się szeroką plastycznością ekologiczną w odniesieniu do zespołu czynników środowiskowych są eurybionty; gatunki o niskiej zdolności adaptacji indywidualnej to stenobionty. Eurybiontyzm i istenobiontyzm charakteryzują różne typy adaptacji organizmów do przetrwania. Jeśli eurybionty rozwijają się przez długi czas w dobrych warunkach, mogą utracić plastyczność ekologiczną i rozwinąć cechy stenobiontów. Gatunki występujące przy znacznych wahaniach czynnika uzyskują zwiększoną plastyczność ekologiczną i stają się eurybiontami.

Np. stenobiontów jest więcej w środowisku wodnym, gdyż jego właściwości są w miarę stabilne, a amplitudy wahań poszczególnych czynników są niewielkie. W bardziej dynamicznym środowisku powietrze-ziemia dominują eurybionty. Zwierzęta stałocieplne mają szerszą wartość ekologiczną niż zwierzęta zmiennocieplne. Młode i stare organizmy zwykle wymagają bardziej jednolitych warunków środowiskowych.

Eurybionty są szeroko rozpowszechnione, a stenobiontyzm zawęża ich zasięg; jednak w niektórych przypadkach, ze względu na wysoką specjalizację, stenobionty posiadają rozległe terytoria. Przykładowo rybożerny ptak rybołów jest typowym stenofagiem, ale w odniesieniu do innych czynników środowiskowych jest eurybiontem. W poszukiwaniu niezbędnego pożywienia ptak jest w stanie latać na duże odległości, dlatego zajmuje znaczny zasięg.

Plastyczność to zdolność organizmu do istnienia w określonym zakresie wartości czynników środowiskowych. Plastyczność jest określona przez normę reakcji.

Ze względu na stopień plastyczności w odniesieniu do poszczególnych czynników wszystkie typy dzielą się na trzy grupy:

Stenotopy to gatunki, które mogą istnieć w wąskim zakresie wartości czynników środowiskowych. Na przykład większość roślin wilgotnych lasów równikowych.

Eurytopy to gatunki o dużej elastyczności, zdolne do kolonizacji różnych siedlisk, na przykład wszystkie gatunki kosmopolityczne.

Mezotopy zajmują pozycję pośrednią między stenotopami i eurytopami.

Należy pamiętać, że gatunek może być np. stenotopem według jednego czynnika, a eurytopem według innego i odwrotnie. Na przykład człowiek jest eurytopem ze względu na temperaturę powietrza, ale stenotopem ze względu na zawartość w nim tlenu.

Nieożywiona i żywa przyroda otaczająca rośliny, zwierzęta i ludzi nazywana jest siedliskiem. Nazywa się wiele pojedynczych składników środowiska, które wpływają na organizmy czynniki środowiskowe.

Ze względu na charakter pochodzenia wyróżnia się czynniki abiotyczne, biotyczne i antropogeniczne.

Czynniki abiotyczne - są to właściwości przyrody nieożywionej, które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na organizmy żywe.

Czynniki biotyczne - są to wszystkie formy oddziaływania organizmów żywych na siebie. Wcześniej do czynników biotycznych zaliczano także wpływ człowieka na organizmy żywe, obecnie jednak wyodrębnia się specjalną kategorię czynników generowanych przez człowieka.

Czynniki antropogeniczne - są to wszelkie formy działalności społeczeństwa ludzkiego, które prowadzą do zmian w przyrodzie jako siedlisku i innych gatunkach i bezpośrednio wpływają na ich życie.

Zatem na każdy organizm żywy wpływa przyroda nieożywiona, organizmy innych gatunków, w tym człowiek, i z kolei wpływa na każdy z tych składników.

Prawa wpływu czynników środowiskowych na organizmy żywe

Pomimo różnorodności czynników środowiskowych i odmiennego charakteru ich pochodzenia, istnieją pewne ogólne zasady i schematy ich oddziaływania na organizmy żywe.

Aby organizmy mogły żyć, konieczna jest pewna kombinacja warunków. Jeżeli wszystkie warunki środowiskowe są sprzyjające, z wyjątkiem jednego, wówczas warunek ten staje się decydujący dla życia danego organizmu. Ogranicza (ogranicza) rozwój organizmu, dlatego tzw czynnik ograniczający . Początkowo stwierdzono, że rozwój organizmów żywych jest ograniczony brakiem jakiegokolwiek składnika, na przykład soli mineralnych, wilgoci, światła itp. W połowie XIX wieku niemiecki chemik organiczny J. Liebig jako pierwszy udowodnił eksperymentalnie, że wzrost roślin zależy od pierwiastka odżywczego występującego w stosunkowo minimalnych ilościach. Zjawisko to nazwał prawem minimum (prawem Liebiga).

W nowoczesnym sformułowaniu prawo minimum brzmi następująco: o wytrzymałości organizmu decyduje najsłabsze ogniwo w łańcuchu jego potrzeb środowiskowych. Jednak jak się później okazało, ograniczeniem może być nie tylko niedobór, ale i nadmiar jakiegoś czynnika, np. straty w plonach na skutek opadów deszczu, przesycenia gleby nawozami itp. Koncepcję, że obok minimum, maksimum może być także czynnikiem ograniczającym, wprowadził 70 lat po Liebigu amerykański zoolog W. Shelford, który sformułował prawo tolerancji . Zgodnie z prawem tolerancji czynnikiem ograniczającym dobrobyt populacji (organizmu) może być minimalny lub maksymalny wpływ na środowisko, a rozpiętość między nimi określa wielkość wytrzymałości (granica tolerancji) lub wartościowość ekologiczną organizmu do danego czynnika.

Korzystny zakres działania czynnika środowiskowego nazywany jest strefą optymalną (normalną aktywnością życiową). Im większe odchylenie działania czynnika od optymalnego, tym bardziej czynnik ten hamuje aktywność życiową populacji. Zakres ten nazywany jest strefą hamowania. Maksymalne i minimalne przenoszone wartości czynnika to punkty krytyczne, powyżej których istnienie organizmu lub populacji nie jest już możliwe.

Zasada czynników ograniczających obowiązuje dla wszystkich typów organizmów żywych – roślin, zwierząt, mikroorganizmów i dotyczy zarówno czynników abiotycznych, jak i biotycznych.

Zgodnie z prawem tolerancji każdy nadmiar materii lub energii okazuje się substancją zanieczyszczającą.

Granica tolerancji organizmu zmienia się podczas przejścia z jednego etapu rozwoju do drugiego. Często młode organizmy okazują się bardziej bezbronne i bardziej wymagające wobec warunków środowiskowych niż osobniki dorosłe. Najbardziej krytycznym okresem z punktu widzenia wpływu różnych czynników jest okres rozrodczy: w tym okresie wiele czynników staje się ograniczających. Wartościowość ekologiczna reprodukcji osobników, nasion, zarodków, larw, jaj jest zwykle węższa niż w przypadku dorosłych nierozmnażających się roślin lub zwierząt tego samego gatunku.

Do tej pory mówiliśmy o granicy tolerancji organizmu żywego w odniesieniu do jednego czynnika, jednak w przyrodzie wszystkie czynniki środowiskowe współdziałają.

Optymalna strefa i granice wytrzymałości organizmu w stosunku do dowolnego czynnika środowiskowego mogą się zmieniać w zależności od kombinacji, w której jednocześnie działają inne czynniki. Ten wzór nazywa się interakcje czynników środowiskowych .

Jednak wzajemne kompensowanie ma pewne granice i nie da się całkowicie zastąpić jednego z czynników drugim. Wynika z tego, że wszystkie warunki środowiskowe niezbędne do podtrzymania życia odgrywają jednakową rolę i każdy czynnik może ograniczyć możliwość istnienia organizmów – to prawo równoważności wszystkich warunków życia .

Wiadomo, że każdy czynnik ma inny wpływ na różne funkcje organizmu. Warunki optymalne dla niektórych procesów, np. wzrostu organizmu, dla innych mogą okazać się strefą ucisku, na przykład dla reprodukcji, i przekroczyć granice tolerancji, czyli doprowadzić do śmierci , dla innych. Dlatego cykl życia, zgodnie z którym organizm w określonych okresach wykonuje przede wszystkim określone funkcje - odżywianie, wzrost, rozmnażanie, osadzanie - jest zawsze zgodny z sezonowymi zmianami czynników środowiskowych.

Wśród praw określających interakcję jednostki lub jednostki z jej otoczeniem wyróżniamy zasadę zgodności warunków środowiskowych z genetyczną predeterminacją organizmu. Stanowi ona, że ​​gatunek organizmów może istnieć, jeśli otaczające go środowisko naturalne odpowiada genetycznym możliwościom przystosowania tego gatunku do jego fluktuacji i zmian. Każdy żywy gatunek powstał w pewnym środowisku, w takim czy innym stopniu do niego przystosowanym, a dalsze istnienie gatunku jest możliwe tylko w tym lub podobnym środowisku. Gwałtowna i szybka zmiana środowiska życia może doprowadzić do tego, że możliwości genetyczne gatunku będą niewystarczające, aby przystosować się do nowych warunków. Jest to w szczególności podstawa jednej z hipotez wyginięcia dużych gadów z gwałtowną zmianą warunków abiotycznych na planecie: duże organizmy są mniej zmienne niż małe, więc potrzebują znacznie więcej czasu na adaptację. Pod tym względem radykalne przekształcenia natury są niebezpieczne dla istniejących gatunków, w tym samego człowieka.

Siedlisko to ta część przyrody, która otacza żywy organizm i z którą bezpośrednio oddziałuje. Składniki i właściwości środowiska są różnorodne i zmienne. Każda żywa istota żyje w złożonym i zmieniającym się świecie, stale dostosowując się do niego i regulując swoją aktywność życiową zgodnie z jego zmianami.

Adaptacje organizmów do środowiska nazywane są adaptacją. Zdolność do adaptacji jest jedną z głównych właściwości życia w ogóle, ponieważ zapewnia samą możliwość jego istnienia, zdolność organizmów do przetrwania i reprodukcji. Adaptacje przejawiają się na różnych poziomach: od biochemii komórek i zachowania poszczególnych organizmów po strukturę i funkcjonowanie zbiorowisk i systemów ekologicznych. Adaptacje powstają i zmieniają się w trakcie ewolucji gatunków.

Poszczególne właściwości lub elementy środowiska, które wpływają na organizmy, nazywane są czynnikami środowiskowymi. Czynniki środowiskowe są różnorodne. Mogą być konieczne lub odwrotnie, szkodliwe dla istot żywych, sprzyjać lub utrudniać przetrwanie i reprodukcję. Czynniki środowiskowe mają różny charakter i specyficzne działanie. Czynniki ekologiczne dzielą się na abiotyczne i biotyczne, antropogeniczne.

Czynniki abiotyczne – temperatura, światło, promieniowanie radioaktywne, ciśnienie, wilgotność powietrza, skład soli wody, wiatr, prądy, ukształtowanie terenu – to wszystkie właściwości przyrody nieożywionej, które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na organizmy żywe.

Czynniki biotyczne to formy wzajemnego oddziaływania istot żywych. Każdy organizm stale doświadcza bezpośredniego lub pośredniego wpływu innych stworzeń, styka się z przedstawicielami własnego gatunku i innych gatunków - roślin, zwierząt, mikroorganizmów, jest od nich zależny i sam na nie wpływa. Otaczający świat organiczny jest integralną częścią środowiska każdej żywej istoty.

Wzajemne powiązania między organizmami są podstawą istnienia biocenoz i populacji; ich rozważania należą do dziedziny synekologii.

Czynniki antropogeniczne to formy działalności społeczeństwa ludzkiego, które prowadzą do zmian w przyrodzie jako siedlisku innych gatunków lub bezpośrednio wpływają na ich życie. Na przestrzeni dziejów ludzkości rozwój najpierw łowiectwa, a następnie rolnictwa, przemysłu i transportu ogromnie zmienił naturę naszej planety. Znaczenie wpływów antropogenicznych na cały świat żywy Ziemi stale rośnie.

Choć człowiek wpływa na przyrodę żywą poprzez zmiany czynników abiotycznych i biotycznych pokrewieństw gatunków, to działalność człowieka na planecie należy uznać za siłę szczególną, która nie mieści się w ramach tej klasyfikacji. Obecnie niemal cały los powierzchni żywej Ziemi i wszelkiego rodzaju organizmów leży w rękach społeczeństwa ludzkiego i zależy od antropogenicznego wpływu na przyrodę.

Ten sam czynnik środowiskowy ma odmienne znaczenie w życiu współżyjących organizmów różnych gatunków. Na przykład silne wiatry zimą są niekorzystne dla dużych zwierząt żyjących na otwartej przestrzeni, ale nie mają wpływu na mniejsze, które chowają się w norach lub pod śniegiem. Skład soli w glebie jest ważny dla odżywiania roślin, ale jest obojętny dla większości zwierząt lądowych itp.

Zmiany czynników środowiskowych w czasie mogą mieć charakter: 1) regularnie okresowy, zmieniający siłę oddziaływania w związku z porą dnia lub porą roku lub rytmem przypływów i odpływów w oceanie; 2) nieregularne, bez wyraźnej okresowości, np. zmiany warunków pogodowych w różnych latach, zjawiska katastroficzne – burze, ulewy, osuwiska itp.; 3) ukierunkowane na określone, czasem długie okresy czasu, na przykład podczas ochłodzenia lub ocieplenia klimatu, zarastania zbiorników wodnych, stałego wypasu zwierząt gospodarskich na tym samym obszarze itp.

Ekologiczne czynniki środowiska wywierają różny wpływ na organizmy żywe, tj. mogą działać jako bodźce wywołujące zmiany adaptacyjne w funkcjach fizjologicznych i biochemicznych; jako ograniczniki uniemożliwiające egzystencję w danych warunkach; jako modyfikatory powodujące zmiany anatomiczne i morfologiczne w organizmach; jako sygnały wskazujące na zmiany innych czynników środowiskowych.

Pomimo dużej różnorodności czynników środowiskowych, można zidentyfikować szereg ogólnych wzorców ich wpływu na organizmy i reakcji istot żywych.

1. Prawo optymalne. Każdy czynnik ma tylko pewne granice pozytywnego wpływu na organizmy. Wynik czynnika zmiennego zależy przede wszystkim od siły jego przejawu. Zarówno niedostateczne, jak i nadmierne działanie czynnika negatywnie wpływa na aktywność życiową jednostki. Korzystna siła oddziaływania nazywana jest strefą optymalnego czynnika środowiskowego lub po prostu optymalną dla organizmów danego gatunku. Im większe odchylenie od optymalnego, tym wyraźniejszy jest hamujący wpływ tego czynnika na organizmy (strefa pesymalna). Maksymalne i minimalne wartości zbywalne czynnika to punkty krytyczne, powyżej których egzystencja nie jest już możliwa i następuje śmierć. Granice wytrzymałości pomiędzy punktami krytycznymi nazywane są wartościowością ekologiczną istot żywych w odniesieniu do określonego czynnika środowiskowego.

Przedstawiciele różnych al-ds znacznie różnią się od siebie zarówno położeniem optymalnego, jak i wartościowością ekologiczną. Przykładowo lisy polarne z tundry tolerują wahania temperatury powietrza w zakresie około 80°C (od +30 do -55°C), natomiast ciepłowodne skorupiaki Cepilia mirabilis wytrzymują zmiany temperatury wody w zakresie nie więcej niż 6°C (od 23 do 29°C). Ta sama siła manifestacji czynnika może być optymalna dla jednego gatunku, pesymalna dla innego i przekraczająca granice wytrzymałości dla trzeciego.

Na szeroką wartość ekologiczną gatunku w odniesieniu do abiotycznych czynników środowiska wskazuje się dodanie przedrostka „eury” do nazwy czynnika. Gatunki eurytermalne – tolerują znaczne wahania temperatury, eurybaty – szeroki zakres ciśnień, euryhaliny – zróżnicowany stopień zasolenia środowiska.

Niezdolność do tolerowania znacznych wahań czynnika, czyli wąskiej wartościowości ekologicznej, charakteryzuje się przedrostkiem „steno” - gatunki stenotermiczne, stenobatowe, stenohalinowe itp. W szerszym znaczeniu gatunki, których istnienie wymaga ściśle określonych warunków środowiskowych, nazywane są stenobiontami , a te, które potrafią przystosować się do różnych warunków środowiskowych, to eurybionty.

2. Niejednoznaczność wpływu czynnika na różne funkcje. Każdy czynnik w różny sposób wpływa na różne funkcje organizmu. Optimum dla niektórych procesów może być pesymum dla innych. Zatem temperatura powietrza od 40 do 45 °C u zwierząt zimnokrwistych znacznie zwiększa tempo procesów metabolicznych w organizmie, ale hamuje aktywność motoryczną, a zwierzęta wpadają w odrętwienie termiczne. Dla wielu ryb temperatura wody optymalna dla dojrzewania produktów rozrodczych jest niekorzystna dla tarła, które odbywa się w innym zakresie temperatur.

Cykl życiowy, w którym w określonych okresach organizm pełni przede wszystkim określone funkcje (odżywianie, wzrost, rozmnażanie, osiedlanie się itp.), jest zawsze zgodny z sezonowymi zmianami zespołu czynników środowiskowych. Organizmy mobilne mogą również zmieniać siedliska, aby skutecznie wykonywać wszystkie swoje funkcje życiowe.

3. Zmienność, zmienność i różnorodność reakcji na działanie czynników środowiskowych u poszczególnych osobników gatunku. Stopień wytrzymałości, punkty krytyczne, strefy optymalne i pesymalne poszczególnych osób nie pokrywają się. Zmienność ta jest zdeterminowana zarówno cechami dziedzicznymi jednostek, jak i płcią, wiekiem i różnicami fizjologicznymi. Na przykład ćma młyńska, jeden ze szkodników mąki i produktów zbożowych, ma krytyczną temperaturę minimalną dla gąsienic wynoszącą -7°C, dla postaci dorosłych - 22°C, a dla jaj -27°C. Mróz rzędu 10°C zabija gąsienice, ale nie jest niebezpieczny dla osobników dorosłych i jaj tego szkodnika. W konsekwencji wartościowość ekologiczna gatunku jest zawsze szersza niż wartościowość ekologiczna każdego pojedynczego osobnika.

4. Gatunki przystosowują się do każdego czynnika środowiskowego w stosunkowo niezależny sposób. Stopień tolerancji na którykolwiek czynnik nie oznacza odpowiadającej mu wartości ekologicznej gatunku w stosunku do innych czynników. Na przykład gatunki tolerujące duże wahania temperatury niekoniecznie muszą także tolerować duże wahania wilgotności lub zasolenia. Gatunki eurytermalne mogą być stenohalinowe, stenobatyczne i odwrotnie. Wartości ekologiczne gatunku w odniesieniu do różnych czynników mogą być bardzo zróżnicowane. Stwarza to niezwykłą różnorodność adaptacji w przyrodzie. Spektrum ekologiczne gatunku stanowi zbiór wartościowości środowiskowych w odniesieniu do różnych czynników środowiskowych.

5. Rozbieżność widm ekologicznych poszczególnych gatunków. Każdy gatunek jest specyficzny pod względem swoich możliwości ekologicznych. Nawet wśród gatunków podobnych pod względem sposobów adaptacji do środowiska istnieją różnice w podejściu do niektórych indywidualnych czynników.

Zasadę ekologicznej indywidualności gatunków sformułował rosyjski botanik L. G. Ramensky (1924) w odniesieniu do roślin, a następnie została szeroko potwierdzona w badaniach zoologicznych.

6. Interakcja czynników. Optymalna strefa i granice wytrzymałości organizmów w odniesieniu do dowolnego czynnika środowiskowego mogą się zmieniać w zależności od siły i tego, w jakiej kombinacji działają jednocześnie inne czynniki. Ten wzór nazywa się interakcją czynników. Na przykład ciepło łatwiej jest znieść w suchym, niż wilgotnym powietrzu. Ryzyko zamarznięcia jest znacznie większe przy zimnej pogodzie i silnym wietrze niż przy spokojnej pogodzie. Zatem ten sam czynnik w połączeniu z innymi ma różne skutki dla środowiska. Wręcz przeciwnie, ten sam wynik środowiskowy może być inny

odbierane na różne sposoby. Na przykład więdnięcie roślin można zatrzymać zarówno poprzez zwiększenie ilości wilgoci w glebie, jak i obniżenie temperatury powietrza, co ogranicza parowanie. Powstaje efekt częściowego podstawienia czynników.

Jednocześnie wzajemne kompensowanie czynników środowiskowych ma pewne ograniczenia i niemożliwe jest całkowite zastąpienie jednego z nich drugim. Całkowity brak wody lub przynajmniej jednego z podstawowych elementów żywienia mineralnego uniemożliwia życie roślinie, pomimo najkorzystniejszych kombinacji innych warunków. Ekstremalnego deficytu ciepła na pustyniach polarnych nie można zrekompensować ani dużą ilością wilgoci, ani całodobowym oświetleniem.

Uwzględniając wzorce oddziaływania czynników środowiskowych w praktyce rolniczej, możliwe jest umiejętne utrzymanie optymalnych warunków życia roślin uprawnych i zwierząt domowych.

7. Reguła czynników ograniczających. Czynniki środowiskowe najbardziej odległe od optymalnych szczególnie utrudniają gatunkowi egzystencję w takich warunkach. Jeżeli choć jeden z czynników środowiskowych zbliża się lub przekracza wartości krytyczne, to pomimo optymalnego połączenia innych warunków, osobnikom grozi śmierć. Takie czynniki, które znacznie odbiegają od optymalnego, nabierają ogromnego znaczenia w życiu gatunku lub jego poszczególnych przedstawicieli w każdym konkretnym okresie.

Ograniczające czynniki środowiskowe określają zasięg geograficzny gatunku. Charakter tych czynników może być różny. Zatem przemieszczanie się gatunku na północ może być ograniczone brakiem ciepła, a w rejony suche brakiem wilgoci lub zbyt wysokimi temperaturami. Powiązania biotyczne mogą również służyć jako czynniki ograniczające rozmieszczenie, na przykład zajęcie terytorium przez silniejszego konkurenta lub brak zapylaczy dla roślin. Zatem zapylanie fig zależy całkowicie od jednego gatunku owada - osy Blastophaga psenes. Ojczyzną tego drzewa jest Morze Śródziemne. Sprowadzone do Kalifornii figi nie przyniosły owoców, dopóki nie pojawiły się tam zapylające osy. Rozmieszczenie roślin strączkowych w Arktyce jest ograniczone przez rozmieszczenie trzmieli, które je zapylają. Na wyspie Dikson, gdzie nie ma trzmieli, nie spotyka się roślin strączkowych, chociaż ze względu na warunki temperaturowe istnienie tych roślin jest tam nadal dopuszczalne.

Aby określić, czy gatunek może istnieć na danym obszarze geograficznym, należy najpierw ustalić, czy jakiekolwiek czynniki środowiskowe nie wykraczają poza jego wartość ekologiczną, zwłaszcza w najbardziej wrażliwym okresie rozwoju.

Identyfikacja czynników ograniczających jest bardzo ważna w praktyce rolniczej, gdyż kierując główne wysiłki na ich eliminację, można szybko i skutecznie zwiększyć plony roślin lub produkcyjność zwierząt. Zatem na glebach silnie kwaśnych plon pszenicy można nieznacznie zwiększyć stosując różne oddziaływania agronomiczne, jednak najlepszy efekt uzyskamy dopiero w wyniku wapnowania, które usunie ograniczające działanie kwasowości. Znajomość czynników ograniczających jest zatem kluczem do kontrolowania aktywności życiowej organizmów. W różnych okresach życia osobników różne czynniki środowiskowe pełnią rolę czynników ograniczających, dlatego wymagana jest umiejętna i stała regulacja warunków życia uprawianych roślin i zwierząt.

Pomimo różnorodności czynników, istnieją ogólne wzorce ich działania i reakcji organizmu.

1. Prawo Optimumu : Każdy czynnik ma ściśle określone granice pozytywnego oddziaływania na żywy organizm.

Korzystna siła oddziaływania czynnika nazywana jest strefą optymalną. Niedostateczne lub nadmierne działanie czynnika negatywnie wpływa na funkcjonowanie organizmu. Im silniej odbiega wpływ czynnika, tym wyraźniejsze jest jego działanie hamujące (strefa pesymalna). Maksymalne i minimalne wartości współczynników przenoszonych – punkt krytyczny, powyżej którego istnienie organizmu staje się niemożliwe. Granice wytrzymałości gatunku w stosunku do jakiegoś czynnika stanowią jego granicę wartościowość ekologiczna.

Gatunki różnią się między sobą wartościami wartościowości ekologicznej i położeniem strefy optymalnej. Przykłady:

U samicy komara pospolitego niemalarycznego optymalna temperatura do składania jaj wynosi +20°. Przy +15° i +30° proces składania jaj zostaje zahamowany, a przy +10° i +35° zatrzymuje się całkowicie.

Dla ryb polarnych optymalna temperatura wynosi 0°, a granica wytrzymałości wynosi od –2° do +2°.

Niebieskozielone algi żyjące w gejzerach mają optymalną temperaturę +85° i granicę wytrzymałości od +84° do +86°.

Gatunki o szerokiej wartościowości ekologicznej oznacza się poprzez dodanie przedrostka codziennie- do nazwy czynnika, np. eurytermiczny - w odniesieniu do temperatury, euryhalinowy - w odniesieniu do zasolenia wody, eurybateryczny - w odniesieniu do ciśnienia. Gatunki o wąskiej wartościowości ekologicznej nazywane są przedrostkiem steno- , dodając także nazwę czynnika: stenotermiczny, stenohalinowy, stenobat.

Gatunki posiadające szeroką wartościowość ekologiczną w odniesieniu do wielu czynników nazywane są eurybiontami, a wąską – stenobiontami.

2. Reguła czynnika ograniczającego. W naturze na organizmy wpływa jednocześnie cały zespół czynników środowiskowych w różnych kombinacjach i o różnej sile. Wśród nich oddzielenie najważniejszych od nieistotnych może być trudne, zależy to od siły oddziaływania każdego z nich.

Ograniczające to czynnik, którego intensywność jakościowo lub ilościowo zbliża się lub przekracza wartości krytyczne.

Reguła czynnika ograniczającego: Najważniejszym czynnikiem jest ten, który najbardziej odbiega od wartości optymalnych dla organizmu.

W przyrodzie nie ma konkretnych czynników ograniczających, więc każdy z czynników może stać się ograniczającym. Ich natura jest odmienna: abiotyczna, biotyczna i antropogeniczna.

Uznaj temperaturę za czynnik ograniczający. Czynnikiem ograniczającym rozmieszczenie buków w Europie jest niska temperatura stycznia, dlatego północne granice ich zasięgu odpowiadają izotermie stycznia wynoszącej –2 o C. Łosie w Skandynawii występują znacznie dalej na północ niż na Syberii, gdzie zimowe temperatury są niższe. Korale tworzące rafy żyją tylko w tropikach, w wodzie o temperaturze co najmniej 20°C.

Czynniki klimatyczne i glebowe determinują obszar dystrybucji roślin i ich produktywność.

W odniesieniu do człowieka czynnikiem ograniczającym może być zawartość witamin (C, D), mikroelementów (jodu) w produktach spożywczych.

3. Interakcja czynników: Optymalna strefa zależy od kombinacji czynników działających na organizm.

Przykłady: w optymalnych temperaturach zwierzęta łatwiej tolerują brak pożywienia. Wystarczająca ilość pożywienia pozwala zwierzętom łatwiej tolerować niskie temperatury i wilgotność.

Powszechnie wiadomo, że człowiekowi łatwiej jest tolerować ciepło przy niskiej niż wysokiej wilgotności. Spadek wilgotności może prowadzić do wzrostu wartościowości ekologicznej gatunku w stosunku do temperatury. Człowiek jest w stanie wytrzymać temperaturę +126°C przez 45 minut bez konsekwencji zdrowotnych, ale przy bardzo niskiej wilgotności. Niskie temperatury są mniej tolerowane przez ludzi przy wietrznej pogodzie. Połączenie spożycia alkoholu i niskiej temperatury powietrza prowadzi do szybkiej hipotermii ciała i odmrożeń części ciała. Ten schemat jest brany pod uwagę w medycynie przy przepisywaniu leków; na przykład leki obniżające wysokie ciśnienie krwi są bardziej skuteczne, jeśli zmniejszy się spożycie soli.

4. Niejednoznaczność wpływu czynników na różne funkcje organizmu: Każdy czynnik środowiskowy ma inny wpływ na różne funkcje organizmu.

Kiedy temperatura wzrasta do 40 stopni, metabolizm zimnokrwistych jaszczurek wzrasta, ale jednocześnie aktywność motoryczna zostaje gwałtownie zahamowana.

Streszczenie o ekologii

W zespole czynników można wyróżnić pewne wzorce, które w dużej mierze mają charakter uniwersalny (ogólny) w odniesieniu do organizmów. Do takich wzorców zalicza się regułę optymalności, regułę interakcji czynników, regułę czynników ograniczających i kilka innych.

Optymalna zasada . Zgodnie z tą zasadą dla organizmu lub pewnego etapu jego rozwoju istnieje przedział najkorzystniejszej (optymalnej) wartości współczynnika. Im większe odchylenie działania czynnika od optymalnego, tym bardziej czynnik ten hamuje aktywność życiową organizmu. Zakres ten nazywany jest strefą hamowania. Maksymalne i minimalne tolerowane wartości współczynnika to punkty krytyczne, powyżej których istnienie organizmu nie jest już możliwe.

Maksymalna gęstość zaludnienia zwykle ogranicza się do strefy optymalnej. Optymalne strefy są różne dla różnych organizmów. Im szersza amplituda wahań czynników, przy których organizm może utrzymać żywotność, tym większa jest jego stabilność, tj. tolerancja na ten czy inny czynnik (od łac. tolerancja- cierpliwość). Do grupy zaliczają się organizmy o szerokiej amplitudzie oporności eurybionty (Grecki eury- szeroki, bios- życie). Nazywa się organizmy o wąskim zakresie adaptacji do czynników stenobionty (Grecki steno- wąski). Należy podkreślić, że strefy optymalne pod względem różnych czynników różnią się, dlatego organizmy w pełni demonstrują swój potencjał, jeśli egzystują w warunkach całego spektrum czynników o optymalnych wartościach.

Zasada oddziaływania czynników . Jego istota polega na tym, że niektóre czynniki mogą wzmacniać lub łagodzić działanie innych czynników. Na przykład nadmiar ciepła można w pewnym stopniu złagodzić niską wilgotnością powietrza, brak światła do fotosyntezy roślin można zrekompensować zwiększoną zawartością dwutlenku węgla w powietrzu itp. Nie wynika jednak z tego, że czynniki te można zamieniać. Nie są one wymienne.

Reguła czynników ograniczających . Istota tej zasady polega na tym, że czynnik występujący w niedoborze lub w nadmiarze (w pobliżu punktów krytycznych) wpływa negatywnie na organizmy, a ponadto ogranicza możliwość ujawnienia się mocy innych czynników, w tym także tych znajdujących się w stanie optymalnym. Czynniki ograniczające zwykle wyznaczają granice rozmieszczenia gatunków i ich siedlisk. Od nich zależy produktywność organizmów.

Poprzez swoje działania człowiek często narusza prawie wszystkie wymienione wzorce działania czynników. Dotyczy to w szczególności czynników ograniczających (zniszczenie siedlisk, zakłócenie zaopatrzenia w wodę i składniki mineralne itp.).