Экологические факторы

Экологические факторы

Общее представление о  среде обитания и экологических  факторах. Факторы–ресурсы. Элиминирующие  факторы.

Абиотические факторы: основные, дополнительные и катастрофические. Адаптации организмов; экологические  группы организмов, выделяемые по отношению  к отдельным абиотическим факторам: световому, температурному, водному, химическому, кислородному.

Биотические факторы; взаимодействия трофические (прямые и косвенные), топические (прямые, форические и фабрические), информационно-сигнальные. Основные типы парных взаимодействий: комменсализм, хищничество, паразитизм, протокооперация, мутуализм, аменсализм, конкуренция, нейтрализм.

Антропогенные факторы: прямые и косвенные. Основные типы антропогенных  воздействий: точечные, линейные, воздействия  на обширных территориях, глобальные.

Экологический оптимум и  экологический пессимум. Понятие  об аутэкологическом и синэкологическом оптимуме. Закон экологического оптимума.

Экологическая валентность. Примеры организмов, различающихся по экологической валентности: эврибионты (эвриионные, эвритермные, эвригалинные, эвриоксибионты) и стенобионты (стеноионные, ацидофильные, кальциефильные, стенотермные, криофильные, термофильные, стеногалинные, стенооксибионты). Экологический спектр.

Биоритмы. Природа биоритмов (экзогенные и эндогенные). Факторы-сигналы. Циркадные и цирканные биоритмы. Фотопериодизм; фотопериодические реакции животных и растений. Термопериодизм.

Совместное действие экологических  факторов. Экологическая ниша.

Все организмы на Земле  существуют в определенных условиях. Та часть природы, которая окружает живой организм и с которой  он непосредственно взаимодействует, называется среда обитания. Отдельные  свойства или элементы среды, воздействующие на организм, называются экологические  факторы. Факторы, которые необходимы для существования определенного  вида, называются факторами–ресурсами. Факторы, которые приводят к снижению численности вида (к его элиминации), называются элиминирующими факторами.

Различают три основные группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся  разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы  на биологические системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы:

– световой режим (освещенность);

– температурный режим (температура);

– водный режим (влажность),

– кислородный режим (содержание кислорода);

– физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

– химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных  химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ). 

Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных  и техногенных катастрофах может  наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» – растение), -филы (от «филео» – люблю), -трофы (от «трофе» – пища), -фаги (от «фагос» – пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы – по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы – по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги – по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

Рассмотрим некоторые  экологические группы организмов, различающихся  по отношению к разным абиотическим факторам.

Световой режим оказывает  прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические  группы растений:

– гелиофиты – светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний). Характерные адаптации: укороченные  междоузлия, сильное ветвление, листья мелкие или с рассеченной пластинкой, хорошо развиты покровные и механические ткани, часто развито опушение, часто имеется восковой налет, палисадная хлоренхима многослойная, хлоропластов много, но они мелкие.

– сциофиты – тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов). Характерные адаптации: крупные тонкие листья, характерна листовая мозаика, палисадная хлоренхима однослойная, хлоропластов мало, но они крупные.

– факультативные гелиофиты  – теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично – признаками сциофитов.

Температурный режим. Повышение  устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением  поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев  в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры  цитоплазмы, уменьшением нагреваемой  площади, образованием толстой корки (существуют растения–пирофиты, которые способны переносить пожары).

Животные осуществляют регуляцию  температуры тела различными способами:

– биохимическая регуляция  – изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

– физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи;

– этологическая терморегуляция (поведенческие реакции).

В зависимости от климатических  условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются  эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана – если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид  обитает в более холодных условиях, а мелкий – в теплом климате. Правило  Аллена – если два близких вида животных обитают в разных климатических  условиях, то отношение поверхности  тела к объему тела уменьшается с  продвижением в высокие широты.

Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

– гидатофиты – растения, погруженные в воду; без воды они  быстро погибают;

– гидрофиты – растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются  высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном  поглощении воды;

– гигрофиты – требуют  влажных почв и высокой влажности  воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания; теневые  гигрофиты – растения нижних ярусов сырых лесов (недотрога, цирцея альпийская); световые гигрофиты – растения открытых переувлажненных местообитаний (росянка, подмаренник болотный);

– мезофиты – требуют  умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая  и неоднородная группа растений;

– ксерофиты – растения, способные добывать влагу при  ее недостатке, ограничивать испарение  воды или запасать воду; для ксерофитов характерны: хорошо развитая кутикула, восковой налет, сильное опушение; ксерофиты делятся на два типа – суккуленты и склерофиты;

– суккуленты – растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого  газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых); различают стеблевые  суккуленты (кактусы), листовые суккуленты (очитки, молодило), корневые суккуленты (кислица);

– склерофиты – растения с развитой склеренхимой; сосущая  сила корней составляет десятки атмосфер; различают эуксерофиты (розеточные побеги) и стипаксерофиты (ковыли, типчак).

В ряде случаев вода имеется  в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая  соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают  ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

Животные по отношению  к воде делятся на следующие экологические  группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Сокращение потерь воды достигается  различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые  покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные  органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот – сероза, амнион и аллантоис.

Химические свойства среды.

Кислородный режим. По отношению  к содержанию кислорода все организмы  делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).

Содержание доступных  элементов минерального питания  наиболее важно для растений. По отношению к валовому содержанию элементов минерального питания  выделяют следующие экологические  группы растений:

– олиготрофные – нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;

– эутрофные, или мегатрофные – требовательны к плодородию почв; среди эутрофных растений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;

– мезотрофные – занимают промежуточное положение между олиготрофными и мегатрофными растениями.

Среди организмов, всасывающих  готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди  грибов), различают следующие экологические  группы:

– Подстилочные сапротрофы – разлагают подстилку.

– Гумусовые сапротрофы – разлагают гумус.

– Ксилотрофы, или ксилофилы – развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).

– Копротрофы, или копрофилы – развиваются на остатках экскрементов.

Кислотность почвы (рН) также  важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш). 

 Биотические факторы

К биотическим факторам относятся  разнообразные способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

Различают множество типов  парных взаимодействий:

1. Трофические – связанные  с питанием и потоками энергии: 

– прямые: взаимодействия «хищник–жертва», «паразит–хозяин»;

– косвенные: конкуренция; трофический симбиоз.

2. Топические – связанные  с изменением условий обитания:

– прямые топические: одни организмы  изменяют среду обитания для других;

– форические: перенос организмов одного вида организмами другого вида;

– фабрические: организмы (или их части) одного вида используются организмами другого вида как строительный материал.

3. Информационно-сигнальные  – связанные с передачей информации:

– реципрокный альтруизм (взаимопомощь);

– мимикрия (миметизм, или  подражание).

Биотические связи для  разных групп организмов могут быть благоприятными (+), неблагоприятными (–) и нейтральными (0). Выделяют следующие типы парных межвидовых биотических взаимодействий:

Подробнее парные биотические  взаимодействия будут рассмотрены  в главе 4.

Антропогенные факторы

Антропогенные факторы –  это проявления деятельности человеческого  общества, изменяющие среду обитания для разнообразных организмов.

Антропогенные факторы, как  правило, действуют косвенно, посредством  изменения действия абиотических и  биотических факторов. Например, при  рубках ухода в хвойно-широколиственных лесах создаются благоприятные  условия для большинства мелких воробьиных птиц, но вырубка дуплистых  деревьев снижает численность дуплогнездников (голубя–клинтуха, сов, мухоловок).

В то же время, велико и прямое воздействие антропогенных факторов: вырубка лесов, браконьерская охота  и рыбная ловля, изъятие из природы  редких и ценных видов (например, с  целью коллекционирования или продажи).

Выделяется несколько  типов антропогенных воздействий:

– Точечные воздействия –  например, отдельные источники загрязнений.

– Линейные воздействия –  например, дороги, нефтепроводы, линии  электропередач.

– Воздействия на обширных территориях – например, распашка степей, вырубка лесов.