Ringkasan pelajaran ekologi “Faktor habitat dan lingkungan. Pola umum kerja faktor lingkungan terhadap organisme

Habitat- ini adalah bagian alam yang mengelilingi organisme hidup dan berinteraksi langsung dengannya. Komponen dan sifat lingkungan hidup bermacam-macam dan dapat berubah. Setiap makhluk hidup hidup di dunia yang kompleks dan terus berubah, senantiasa beradaptasi dan mengatur aktivitas hidupnya sesuai dengan perubahannya serta mengonsumsi materi, energi, dan informasi yang berasal dari luar.

Adaptasi organisme terhadap lingkungannya disebut adaptasi. Kemampuan beradaptasi merupakan salah satu sifat utama kehidupan secara umum, karena memberikan kemungkinan besar keberadaannya, kemampuan organisme untuk bertahan hidup dan berkembang biak. Adaptasi terwujud pada berbagai tingkatan: mulai dari biokimia sel dan perilaku organisme individu hingga struktur dan fungsi komunitas dan sistem ekologi. Adaptasi muncul dan berubah selama evolusi spesies.

Sifat individu atau unsur lingkungan yang mempengaruhi organisme disebut faktor lingkungan. Faktor lingkungan beragam. Mereka mungkin diperlukan atau, sebaliknya, berbahaya bagi makhluk hidup, meningkatkan atau menghambat kelangsungan hidup dan reproduksi. Faktor lingkungan mempunyai sifat dan tindakan yang berbeda-beda. Faktor lingkungan dibagi menjadi abiotik, biotik dan antropogenik.

Faktor abiotik- suhu, cahaya, radiasi radioaktif, tekanan, kelembaban udara, komposisi garam air, angin, arus, medan - ini semua adalah sifat benda mati

alam yang secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi organisme hidup.

Faktor biotik- ini adalah bentuk pengaruh makhluk hidup satu sama lain. Setiap organisme terus-menerus mengalami pengaruh langsung atau tidak langsung dari makhluk lain, bersentuhan dengan perwakilan spesiesnya sendiri dan spesies lain - tumbuhan, hewan, mikroorganisme, bergantung pada mereka dan mempengaruhi mereka sendiri. Dunia organik di sekitarnya merupakan bagian integral dari lingkungan setiap makhluk hidup.

Hubungan timbal balik antar organisme menjadi dasar keberadaan biocenosis dan populasi; pertimbangan mereka termasuk dalam bidang sinekologi.

Faktor antropogenik- ini adalah bentuk-bentuk kegiatan masyarakat manusia yang menyebabkan perubahan alam sebagai habitat spesies lain atau secara langsung mempengaruhi kehidupan mereka. Sepanjang sejarah manusia, perkembangan perburuan, dan kemudian pertanian, industri, dan transportasi telah banyak mengubah sifat planet kita. Pentingnya dampak antropogenik terhadap seluruh kehidupan di bumi terus berkembang pesat.

Meskipun manusia mempengaruhi alam yang hidup melalui perubahan faktor abiotik dan hubungan biotik spesies, aktivitas manusia di planet ini harus diidentifikasi sebagai kekuatan khusus yang tidak sesuai dengan klasifikasi ini. Saat ini, hampir seluruh nasib permukaan bumi yang hidup dan semua jenis organisme berada di tangan masyarakat manusia dan bergantung pada pengaruh antropogenik terhadap alam.

Faktor lingkungan yang sama mempunyai arti yang berbeda dalam kehidupan organisme yang hidup bersama dari spesies yang berbeda. Misalnya, angin kencang di musim dingin tidak menguntungkan bagi hewan besar yang hidup di tempat terbuka, namun tidak berpengaruh pada hewan kecil yang bersembunyi di liang atau di bawah salju. Komposisi garam dalam tanah penting untuk nutrisi tanaman, tetapi tidak mempengaruhi sebagian besar hewan darat, dll.

Perubahan faktor lingkungan dari waktu ke waktu dapat berupa: 1) teratur, berkala, berubah kekuatan dampaknya sehubungan dengan waktu atau musim dalam setahun, atau irama pasang surut air laut; 2) tidak teratur, tanpa periodisitas yang jelas, misalnya tanpa perubahan kondisi cuaca pada tahun yang berbeda, fenomena yang bersifat bencana - badai, hujan lebat, tanah longsor, dll; 3) diarahkan dalam jangka waktu tertentu, terkadang dalam jangka waktu yang lama, misalnya, selama pendinginan atau pemanasan iklim, pertumbuhan badan air yang berlebihan, penggembalaan ternak yang terus-menerus di wilayah yang sama, dll.

Faktor lingkungan lingkungan mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap makhluk hidup, yaitu. dapat berperan sebagai rangsangan yang menyebabkan perubahan adaptif pada fungsi fisiologis dan biokimia; sebagai batasan yang membuat tidak mungkin ada dalam kondisi tertentu; sebagai pengubah yang menyebabkan perubahan anatomi dan morfologi organisme; sebagai sinyal yang menunjukkan perubahan faktor lingkungan lainnya.

Meskipun faktor lingkungan sangat beragam, sejumlah pola umum dapat diidentifikasi berdasarkan sifat dampaknya terhadap organisme dan respons makhluk hidup.

Inilah yang paling terkenal.

Hukum minimum J. Liebig (1873):

A) daya tahan tubuh ditentukan oleh lemahnya mata rantai kebutuhan lingkungannya;
B) semua kondisi lingkungan yang diperlukan untuk mendukung kehidupan mempunyai peran yang setara (hukum kesetaraan semua kondisi kehidupan), faktor apa pun dapat membatasi keberadaan suatu organisme.

Hukum faktor pembatas, atau hukum F. Blechman (1909):faktor lingkungan yang mempunyai arti maksimum pada kondisi tertentu terutama mempersulit (membatasi) kemungkinan keberadaan spesies pada kondisi tersebut.

Hukum Toleransi W. Shelford (1913): Faktor pembatas dalam kehidupan suatu organisme dapat berupa dampak lingkungan minimum atau maksimum, yang kisaran antara keduanya menentukan besarnya daya tahan organisme terhadap faktor tersebut.

Sebagai contoh penjelasan hukum minimum, J. Liebig menggambar sebuah tong yang berlubang, ketinggian air melambangkan daya tahan tubuh, dan lubang melambangkan faktor lingkungan.

Hukum optimal: setiap faktor hanya mempunyai batas pengaruh positif tertentu terhadap organisme.

Hasil tindakan suatu faktor variabel terutama bergantung pada kekuatan manifestasinya. Tindakan faktor yang tidak mencukupi dan berlebihan berdampak negatif pada aktivitas kehidupan individu. Kekuatan pengaruh yang menguntungkan disebut zona optimal faktor lingkungan, efek penghambatan faktor ini terhadap organisme

(zona pesimum). Nilai maksimum dan minimum yang dapat ditransfer dari suatu faktor adalah titik kritis, di mana keberadaannya tidak mungkin lagi dan kematian terjadi. Batas daya tahan antar titik kritis disebut valensi ekologis makhluk hidup dalam kaitannya dengan faktor lingkungan tertentu.

Perwakilan spesies yang berbeda sangat berbeda satu sama lain baik dalam posisi optimal maupun dalam valensi ekologis.

Contoh ketergantungan jenis ini adalah pengamatan berikut. Rata-rata kebutuhan fisiologis harian fluorida untuk orang dewasa adalah 2000-3000 mcg, dan seseorang menerima 70% dari jumlah ini dari air dan hanya 30% dari makanan. Dengan konsumsi air rendah garam fluorida dalam waktu lama (0,5 mg/dm3 atau kurang), karies gigi dapat berkembang. Semakin rendah konsentrasi fluoride dalam air, semakin tinggi kejadian karies pada populasi.

Konsentrasi fluorida yang tinggi dalam air minum juga menyebabkan perkembangan patologi. Jadi, bila konsentrasinya lebih dari 15 mg/dm 3, terjadi fluorosis - semacam belang-belang dan warna kecoklatan pada email gigi, gigi berangsur-angsur rusak.

Beras. 3.1. Ketergantungan akibat suatu faktor lingkungan pada intensitas atau sederhananya optimal, untuk organisme spesies ini. Semakin kuat penyimpangan dari nilai optimal, semakin nyata

Ambiguitas pengaruh faktor pada fungsi yang berbeda. Setiap faktor mempengaruhi fungsi tubuh yang berbeda secara berbeda. Nilai optimal untuk beberapa proses mungkin menjadi pesimis bagi proses lainnya.

Aturan interaksi faktor. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa sendiri faktor dapat meningkatkan atau mengurangi pengaruh faktor lain. Misalnya, panas berlebih sampai batas tertentu dapat dikurangi dengan rendahnya kelembapan udara, kurangnya cahaya untuk fotosintesis tanaman dapat diimbangi dengan peningkatan kandungan karbon dioksida di udara, dll. Namun bukan berarti faktor-faktor tersebut dapat dipertukarkan. Mereka tidak bisa dipertukarkan.

Aturan faktor pembatas: faktor , yang berada dalam kekurangan atau kelebihan (mendekati titik kritis), berdampak negatif pada organisme dan, di samping itu, membatasi kemungkinan perwujudan kekuatan faktor lain, termasuk yang berada pada kondisi optimal. Misalnya, jika tanah mengandung semua kecuali satu unsur kimia yang diperlukan tanaman dalam jumlah melimpah, maka pertumbuhan dan perkembangan tanaman akan ditentukan oleh unsur yang kekurangannya. Semua elemen lainnya tidak menunjukkan pengaruhnya. Faktor pembatas biasanya menentukan batas sebaran spesies (populasi) dan habitatnya. Produktivitas organisme dan komunitas bergantung pada mereka. Oleh karena itu, sangat penting untuk segera mengidentifikasi faktor-faktor yang memiliki signifikansi minimal dan berlebihan, untuk mengecualikan kemungkinan manifestasinya (misalnya, untuk tanaman - dengan penggunaan pupuk yang seimbang).

Seseorang melalui aktivitasnya seringkali melanggar hampir semua pola kerja faktor-faktor yang tercantum. Hal ini terutama berlaku untuk faktor pembatas (rusaknya habitat, gangguan nutrisi air dan mineral tanaman, dll).

Untuk menentukan apakah suatu spesies dapat hidup di wilayah geografis tertentu, pertama-tama perlu ditentukan apakah ada faktor lingkungan yang berada di luar valensi ekologisnya, terutama pada periode perkembangan yang paling rentan.

Identifikasi faktor pembatas sangat penting dalam praktek pertanian, karena dengan mengarahkan upaya utama untuk menghilangkannya, seseorang dapat dengan cepat dan efektif meningkatkan hasil tanaman atau produktivitas hewan. Jadi, pada tanah yang sangat asam, hasil gandum dapat sedikit ditingkatkan dengan menggunakan berbagai pengaruh agronomi, namun efek terbaik hanya akan diperoleh melalui pengapuran, yang akan menghilangkan efek pembatas dari keasaman. Pengetahuan tentang faktor pembatas merupakan kunci untuk mengendalikan aktivitas kehidupan organisme. Pada periode kehidupan individu yang berbeda, berbagai faktor lingkungan bertindak sebagai faktor pembatas, sehingga diperlukan pengaturan yang terampil dan konstan terhadap kondisi kehidupan tanaman dan hewan budidaya.

Hukum maksimalisasi energi, atau hukum Odum: kelangsungan hidup suatu sistem dalam persaingan dengan sistem lain ditentukan oleh pengorganisasian terbaik aliran energi ke dalamnya dan penggunaan jumlah maksimumnya dengan cara yang paling efektif. Undang-undang ini juga berlaku untuk informasi. Dengan demikian, Sistem yang memiliki peluang terbaik untuk mempertahankan diri adalah sistem yang paling kondusif terhadap pasokan, produksi, dan penggunaan energi dan informasi secara efisien. Setiap sistem alam hanya dapat berkembang melalui penggunaan material, energi dan kemampuan informasi lingkungan. Pembangunan yang sepenuhnya terisolasi tidak mungkin dilakukan.

Undang-undang ini mempunyai arti praktis yang penting karena akibat utama:

A) Produksi yang benar-benar bebas limbah tidak mungkin dilakukan Oleh karena itu, penting untuk menciptakan produksi rendah limbah dengan intensitas sumber daya yang rendah baik pada input maupun output (efektivitas biaya dan rendah emisi). Cita-cita saat ini adalah penciptaan produksi siklis (limbah dari satu produksi berfungsi sebagai bahan mentah untuk produksi lainnya, dll.) dan pengorganisasian pembuangan residu yang tidak dapat dihindari secara wajar, netralisasi limbah energi yang tidak dapat dihilangkan;
B) setiap sistem biotik yang berkembang, yang menggunakan dan memodifikasi lingkungan hidupnya, menimbulkan potensi ancaman terhadap sistem yang kurang terorganisir. Oleh karena itu, kemunculan kembali kehidupan di biosfer tidak mungkin terjadi - ia akan dihancurkan oleh organisme yang ada. Oleh karena itu, dalam mempengaruhi lingkungan, seseorang harus menetralisir dampak-dampak tersebut, karena dapat merugikan alam dan manusia itu sendiri.

Hukum sumber daya alam yang terbatas. Aturan satu persen. Karena planet bumi merupakan suatu kesatuan alam yang terbatas, maka tidak mungkin ada bagian yang tak terhingga di dalamnya, oleh karena itu semua sumber daya alam di bumi bersifat terbatas. Sumber daya yang tidak ada habisnya termasuk sumber daya energi, dengan keyakinan bahwa energi Matahari menyediakan sumber energi berguna yang hampir abadi. Kesalahannya di sini adalah bahwa alasan tersebut tidak memperhitungkan keterbatasan yang disebabkan oleh energi biosfer itu sendiri. Menurut aturan satu persen perubahan energi sistem alam sebesar 1% akan menyebabkannya keluar dari keseimbangan. Semua fenomena berskala besar di permukaan bumi (siklon dahsyat, letusan gunung berapi, proses fotosintesis global) mempunyai energi total yang tidak melebihi 1% energi radiasi matahari yang terjadi di permukaan bumi. Pengenalan energi buatan ke dalam biosfer di zaman kita telah mencapai nilai yang mendekati batas (berbeda dari mereka tidak lebih dari satu urutan besaran matematis - 10 kali lipat).

Perkenalan

Dunia organik di sekitarnya merupakan bagian integral dari lingkungan setiap makhluk hidup. Hubungan timbal balik antar organisme menjadi dasar keberadaan biocenosis dan populasi.

Makhluk hidup tidak dapat dipisahkan dari lingkungannya. Setiap organisme individu, sebagai suatu sistem biologis yang mandiri, senantiasa berada dalam hubungan langsung atau tidak langsung dengan berbagai komponen dan fenomena lingkungannya atau, dengan kata lain, habitatnya, yang mempengaruhi keadaan dan sifat-sifat organisme.

Lingkungan hidup merupakan salah satu konsep dasar ekologi yang berarti keseluruhan spektrum unsur-unsur dan kondisi yang melingkupi suatu organisme pada bagian ruang tempat organisme tersebut hidup, segala sesuatu yang hidup di dalamnya, dan berinteraksi secara langsung. Pada saat yang sama, organisme, setelah beradaptasi dengan serangkaian kondisi spesifik tertentu, dalam proses aktivitas kehidupannya sendiri secara bertahap mengubah kondisi ini, yaitu. lingkungan keberadaannya.

Tujuan penulisan ini adalah untuk memahami keanekaragaman faktor lingkungan hidup, mengingat setiap faktor merupakan kombinasi dari kondisi lingkungan yang bersangkutan dan sumber dayanya (cadangan dalam lingkungan hidup).

Habitat

Habitat adalah bagian alam yang mengelilingi suatu organisme hidup dan berinteraksi langsung dengannya. Komponen dan sifat lingkungan hidup bermacam-macam dan dapat berubah. Setiap makhluk hidup hidup di dunia yang kompleks dan terus berubah, terus-menerus beradaptasi dengannya dan mengatur aktivitas hidupnya sesuai dengan perubahannya.

Habitat suatu organisme adalah keseluruhan kondisi abiotik dan biotik dalam hidupnya. Sifat-sifat lingkungan terus berubah, dan setiap makhluk beradaptasi terhadap perubahan ini untuk bertahan hidup.

Dampak lingkungan dirasakan oleh organisme melalui faktor lingkungan yang disebut faktor lingkungan.

Faktor lingkungan

Faktor lingkungan beragam. Mereka mungkin diperlukan atau, sebaliknya, berbahaya bagi makhluk hidup, meningkatkan atau menghambat kelangsungan hidup dan reproduksi. Faktor lingkungan mempunyai sifat dan tindakan yang berbeda-beda. Diantaranya adalah abiotik dan biotik, antropogenik (Gbr. 1).

Faktor abiotik adalah keseluruhan faktor dalam lingkungan anorganik yang mempengaruhi kehidupan dan persebaran hewan dan tumbuhan. Faktor abiotik adalah suhu, cahaya, radiasi radioaktif, tekanan, kelembaban udara, komposisi garam air, angin, arus, medan - semua ini adalah sifat-sifat alam mati yang secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi organisme hidup. Diantaranya ada yang bersifat fisika, kimia dan edafik.

Gambar.1.

Faktor fisik adalah faktor yang sumbernya adalah keadaan atau fenomena fisik (mekanik, gelombang, dll). Misalnya, suhu yang tinggi akan menyebabkan luka bakar; jika suhu yang sangat rendah akan menyebabkan radang dingin. Faktor lain juga dapat mempengaruhi pengaruh suhu: di air - arus, di darat - angin dan kelembapan, dll.

Namun ada juga faktor fisik yang berdampak global terhadap organisme, termasuk bidang geofisika alami bumi. Misalnya, dampak lingkungan dari medan magnet, elektromagnetik, radioaktif, dan bidang lain di planet kita sudah diketahui secara luas.

Faktor kimia adalah faktor yang berasal dari komposisi kimia lingkungan. Misalnya saja salinitas air. Jika tinggi, mungkin tidak ada kehidupan sama sekali di reservoir (Laut Mati), namun pada saat yang sama, sebagian besar organisme laut tidak dapat hidup di air tawar. Kehidupan hewan di darat dan di air, dll bergantung pada kecukupan kadar oksigen.

Faktor edafik, yaitu tanah adalah sekumpulan sifat kimia, fisika dan mekanik tanah dan batuan yang mempengaruhi baik organisme yang hidup di dalamnya, yaitu. di habitatnya, dan pada sistem akar tanaman. Pengaruh komponen kimia (unsur biogenik), suhu, kelembaban, struktur tanah, kandungan humus, dll sudah diketahui dengan baik. pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Di antara faktor abiotik, faktor iklim (suhu, kelembaban udara, angin, dll.) dan faktor hidrografi lingkungan perairan (air, arus, salinitas, dll.) sering dibedakan.

Ini sudah merupakan faktor alam yang hidup, atau faktor biotik.

Faktor biotik merupakan bentuk pengaruh makhluk hidup satu sama lain. Setiap organisme terus-menerus mengalami pengaruh langsung atau tidak langsung dari makhluk lain, bersentuhan dengan perwakilan spesiesnya sendiri dan spesies lain - tumbuhan, hewan, mikroorganisme, bergantung pada mereka dan mempengaruhi mereka sendiri.

Misalnya, di hutan, di bawah pengaruh tutupan vegetasi, iklim mikro atau lingkungan mikro khusus tercipta, di mana, dibandingkan dengan habitat terbuka, rezim suhu dan kelembapannya sendiri tercipta: di musim dingin suhunya beberapa derajat lebih hangat, di musim panas lebih sejuk dan lembab. Lingkungan mikro khusus juga terdapat di lubang pohon, liang, gua, dll.

Yang perlu diperhatikan secara khusus adalah kondisi lingkungan mikro di bawah lapisan salju, yang sudah bersifat abiotik murni. Sebagai akibat dari efek pemanasan salju, yang paling efektif bila ketebalannya setidaknya 50-70 cm, pada dasarnya, pada lapisan sekitar 5 sentimeter, hewan pengerat kecil hidup di musim dingin, karena kondisi suhu di sini menguntungkan. untuk mereka (dari 0 hingga - 2°C). Berkat efek yang sama, bibit sereal musim dingin - gandum hitam dan gandum - diawetkan di bawah salju. Hewan besar - rusa, rusa, serigala, rubah, kelinci, dll. - juga bersembunyi di salju dari cuaca beku yang parah - berbaring di salju untuk beristirahat.

Interaksi intraspesifik antara individu-individu dari spesies yang sama terdiri dari efek kelompok dan massa serta kompetisi intraspesifik. Efek kelompok dan massa adalah istilah yang dikemukakan oleh D.B. Grasse (1944), menunjukkan gabungan hewan dari spesies yang sama menjadi kelompok yang terdiri dari dua individu atau lebih dan akibat yang ditimbulkan oleh kepadatan lingkungan yang berlebihan. Dampak-dampak ini sekarang paling sering disebut sebagai faktor demografi. Mereka mencirikan dinamika jumlah dan kepadatan kelompok organisme pada tingkat populasi, yang didasarkan pada persaingan intraspesifik, yang secara fundamental berbeda dari persaingan antarspesies. Ini memanifestasikan dirinya terutama dalam perilaku teritorial hewan yang mempertahankan tempat bersarangnya dan wilayah tertentu di wilayah tersebut. Banyak burung dan ikan yang seperti ini.

Hubungan antarspesies jauh lebih beragam (Gbr. 1). Dua spesies yang hidup berdekatan mungkin tidak saling mempengaruhi sama sekali; mereka dapat saling mempengaruhi baik secara menguntungkan maupun tidak. Jenis kombinasi yang mungkin mencerminkan berbagai jenis hubungan:

· netralisme - kedua jenis ini independen dan tidak berpengaruh satu sama lain;

faktor lingkungan habitat

· kompetisi - masing-masing spesies mempunyai pengaruh buruk terhadap spesies lainnya;

Mutualisme - spesies tidak dapat hidup tanpa satu sama lain;

· proto-kerjasama (persemakmuran) - kedua spesies membentuk komunitas, tetapi dapat hidup secara terpisah, meskipun komunitas tersebut menguntungkan keduanya;

· komensalisme - satu spesies, komensal, mendapat manfaat dari hidup bersama, dan spesies lain, inang, tidak mendapat manfaat sama sekali (saling toleransi);

· amensalisme - satu spesies menghambat pertumbuhan dan reproduksi spesies lain - amensal;

Predasi - spesies predator memakan mangsanya.

Hubungan antarspesies mendasari keberadaan komunitas biotik (biocenosis).

Faktor antropogenik adalah bentuk-bentuk aktivitas masyarakat manusia yang menyebabkan perubahan alam sebagai habitat spesies lain atau secara langsung mempengaruhi kehidupannya. Sepanjang sejarah manusia, perkembangan perburuan, dan kemudian pertanian, industri, dan transportasi telah banyak mengubah sifat planet kita. Pentingnya dampak antropogenik terhadap seluruh kehidupan di bumi terus berkembang pesat.

Meskipun manusia mempengaruhi alam yang hidup melalui perubahan faktor abiotik dan hubungan biotik spesies, aktivitas manusia di planet ini harus diidentifikasi sebagai kekuatan khusus yang tidak sesuai dengan klasifikasi ini. Saat ini, secara praktis nasib permukaan bumi yang hidup, semua jenis organisme, berada di tangan masyarakat manusia dan bergantung pada pengaruh antropogenik terhadap alam.

Masalah lingkungan modern dan meningkatnya minat terhadap ekologi dikaitkan dengan pengaruh faktor antropogenik.

Sebagian besar faktor berubah secara kualitatif dan kuantitatif seiring berjalannya waktu. Misalnya, iklim - siang hari, musim, tahun (suhu, cahaya, dll.).

Perubahan faktor lingkungan dari waktu ke waktu dapat berupa:

1) teratur-berkala, kekuatan tumbukannya berubah-ubah sehubungan dengan waktu, atau musim dalam setahun, atau irama pasang surut air laut di lautan;

2) tidak teratur, tanpa periodisitas yang jelas, misalnya perubahan kondisi cuaca pada tahun yang berbeda, fenomena bencana - badai, hujan lebat, tanah longsor, dll;

3) diarahkan dalam jangka waktu tertentu, terkadang lama, misalnya, selama pendinginan atau pemanasan iklim, pertumbuhan badan air yang berlebihan, penggembalaan ternak yang terus-menerus di wilayah yang sama, dll.

Pembagian faktor ini sangat penting ketika mempelajari kemampuan beradaptasi organisme terhadap kondisi kehidupan. Kurangnya atau kelebihan faktor lingkungan berdampak negatif terhadap kehidupan tubuh. Untuk setiap organisme, terdapat serangkaian tindakan faktor lingkungan tertentu (Gbr. 2). Kekuatan pengaruh yang menguntungkan disebut zona optimal faktor lingkungan atau sekadar zona optimal bagi organisme dari spesies tertentu. Semakin besar penyimpangan dari nilai optimum, semakin besar pula efek penghambatan faktor tersebut terhadap organisme (zona pessimum). Nilai maksimum dan minimum yang dapat ditransfer dari suatu faktor merupakan titik kritis, di luarnya keberadaan tidak mungkin lagi dan kematian terjadi. Batas daya tahan antar titik kritis disebut valensi ekologis makhluk hidup dalam kaitannya dengan faktor lingkungan tertentu.

Gambar.2.

Perwakilan spesies yang berbeda sangat berbeda satu sama lain baik dalam posisi optimal maupun dalam valensi ekologis.

Kemampuan tubuh dalam beradaptasi terhadap pengaruh faktor lingkungan disebut adaptasi (bahasa Latin: Adantatuo - adaptasi).

Kisaran antara minimum dan maksimum faktor lingkungan menentukan besarnya daya tahan – toleransi (Latin Tolerantua – kesabaran) terhadap faktor tersebut.

Organisme yang berbeda mempunyai tingkat toleransi yang berbeda pula.

Habitat - ini adalah bagian alam yang mengelilingi organisme hidup dan berinteraksi langsung dengannya. Komponen dan sifat lingkungan hidup bermacam-macam dan dapat berubah. Setiap makhluk hidup hidup di dunia yang kompleks dan terus berubah, terus-menerus beradaptasi dengannya dan mengatur aktivitas hidupnya sesuai dengan perubahannya.

Sifat individu atau unsur lingkungan yang mempengaruhi organisme disebut faktor lingkungan. Faktor lingkungan beragam. Mereka mungkin diperlukan atau, sebaliknya, berbahaya bagi makhluk hidup, meningkatkan atau menghambat kelangsungan hidup dan reproduksi. Faktor lingkungan mempunyai sifat dan tindakan yang berbeda-beda. Diantaranya adalah abiotik Dan biotik, antropogenik.

Faktor abiotik - suhu, cahaya, radiasi radioaktif, tekanan, kelembaban udara, komposisi garam air, angin, arus, medan - ini semua adalah sifat-sifat alam mati yang secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi organisme hidup.

Faktor biotik - ini adalah bentuk pengaruh makhluk hidup satu sama lain. Setiap organisme terus-menerus mengalami pengaruh langsung atau tidak langsung dari makhluk lain, bersentuhan dengan perwakilan spesiesnya sendiri dan spesies lain - tumbuhan, hewan, mikroorganisme, bergantung pada mereka dan mempengaruhi mereka sendiri. Dunia organik di sekitarnya merupakan bagian integral dari lingkungan setiap makhluk hidup.

Hubungan timbal balik antar organisme menjadi dasar keberadaan biocenosis dan populasi; pertimbangan mereka termasuk dalam bidang syn-ecology.

Faktor antropogenik - ini adalah bentuk-bentuk kegiatan masyarakat manusia yang menyebabkan perubahan alam sebagai habitat spesies lain atau secara langsung mempengaruhi kehidupan mereka. Sepanjang sejarah manusia, perkembangan perburuan, dan kemudian pertanian, industri, dan transportasi telah banyak mengubah sifat planet kita. Pentingnya dampak antropogenik terhadap seluruh kehidupan di bumi terus berkembang pesat.

Meskipun manusia mempengaruhi alam yang hidup melalui perubahan faktor abiotik dan hubungan biotik spesies, aktivitas manusia di planet ini harus diidentifikasi sebagai kekuatan khusus yang tidak sesuai dengan klasifikasi ini. Saat ini, nasib permukaan bumi yang hidup, semua jenis organisme, berada di tangan masyarakat manusia dan bergantung pada pengaruh antropogenik terhadap alam.

Perubahan faktor lingkungan dari waktu ke waktu dapat berupa: 1) teratur, periodik, berubah kekuatan dampaknya sehubungan dengan waktu, atau musim dalam setahun, atau irama pasang surut air laut; 2) tidak teratur, tanpa periodisitas yang jelas, misalnya perubahan kondisi cuaca pada tahun yang berbeda, fenomena bencana - badai, hujan lebat, tanah longsor, dll; 3) diarahkan dalam jangka waktu tertentu, terkadang lama, misalnya, selama pendinginan atau pemanasan iklim, pertumbuhan badan air yang berlebihan, penggembalaan ternak yang terus-menerus di wilayah yang sama, dll.

Di antara faktor lingkungan, sumber daya dan kondisi dibedakan. Sumber daya organisme menggunakan dan mengkonsumsi lingkungan, sehingga mengurangi jumlahnya. Sumber daya mencakup makanan, air ketika langka, tempat berlindung, tempat yang nyaman untuk berkembang biak, dan lain-lain. Kondisi - ini adalah faktor-faktor yang memaksa organisme untuk beradaptasi, tetapi biasanya tidak dapat mempengaruhinya. Faktor lingkungan yang sama dapat menjadi sumber daya bagi beberapa spesies dan kondisi bagi spesies lainnya. Misalnya, cahaya merupakan sumber energi vital bagi tumbuhan, dan bagi hewan yang memiliki penglihatan, cahaya merupakan syarat untuk orientasi visual. Air dapat menjadi kondisi kehidupan dan sumber daya bagi banyak organisme.

2.2. Adaptasi organisme

Adaptasi organisme terhadap lingkungannya disebut adaptasi. Adaptasi adalah setiap perubahan struktur dan fungsi organisme yang meningkatkan peluangnya untuk bertahan hidup.

Kemampuan beradaptasi merupakan salah satu sifat utama kehidupan secara umum, karena memberikan kemungkinan besar keberadaannya, kemampuan organisme untuk bertahan hidup dan berkembang biak. Adaptasi terwujud pada berbagai tingkatan: mulai dari biokimia sel dan perilaku organisme individu hingga struktur dan fungsi komunitas dan sistem ekologi. Adaptasi muncul dan berkembang selama evolusi spesies.

Mekanisme adaptasi dasar pada tingkat organisme: 1) biokimia– memanifestasikan dirinya dalam proses intraseluler, seperti perubahan kerja enzim atau perubahan kuantitasnya; 2) fisiologis– misalnya, peningkatan keringat seiring dengan peningkatan suhu pada sejumlah spesies; 3) morfo-anatomi– ciri-ciri struktur dan bentuk tubuh yang berhubungan dengan gaya hidup; 4) perilaku– misalnya, hewan yang mencari habitat yang menguntungkan, membuat liang, sarang, dan sebagainya; 5) ontogenetik– percepatan atau perlambatan perkembangan individu, mendorong kelangsungan hidup ketika kondisi berubah.

Faktor lingkungan ekologi mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap organisme hidup, yaitu dapat mempengaruhi keduanya iritasi, menyebabkan perubahan adaptif pada fungsi fisiologis dan biokimia; Bagaimana pembatas, menyebabkan ketidakmungkinan keberadaan dalam kondisi tersebut; Bagaimana pengubah, menyebabkan perubahan morfologi dan anatomi organisme; Bagaimana sinyal, menunjukkan perubahan faktor lingkungan lainnya.

2.3. Hukum umum pengaruh faktor lingkungan terhadap organisme

Meskipun faktor lingkungan sangat beragam, sejumlah pola umum dapat diidentifikasi berdasarkan sifat dampaknya terhadap organisme dan respons makhluk hidup.

1. Hukum optimal.

Setiap faktor memiliki batas pengaruh positif tertentu terhadap organisme (Gbr. 1). Hasil dari suatu faktor variabel terutama bergantung pada kekuatan manifestasinya. Tindakan faktor yang tidak mencukupi dan berlebihan berdampak negatif pada aktivitas kehidupan individu. Kekuatan pengaruh yang menguntungkan disebut zona faktor lingkungan optimal atau sederhananya optimal untuk organisme spesies ini. Semakin besar penyimpangan dari nilai optimum, semakin besar efek penghambatan faktor ini terhadap organisme. (zona pesimum). Nilai maksimum dan minimum yang dapat ditransfer dari faktor tersebut adalah titik kritis, di belakang di luar mana keberadaan tidak lagi mungkin terjadi, kematian terjadi. Batas ketahanan antara titik-titik kritis disebut valensi ekologis makhluk hidup dalam kaitannya dengan faktor lingkungan tertentu.

Beras. 1. Skema pengaruh faktor lingkungan terhadap organisme hidup

Perwakilan spesies yang berbeda sangat berbeda satu sama lain baik dalam posisi optimal maupun dalam valensi ekologis. Misalnya, rubah kutub di tundra dapat mentolerir fluktuasi suhu udara dalam kisaran lebih dari 80 °C (dari +30 hingga -55 °C), sedangkan krustasea air hangat Copilia mirabilis dapat menahan perubahan suhu air dalam kisaran tersebut. tidak lebih dari 6 °C (dari +23 hingga +29 °C). Kekuatan manifestasi suatu faktor yang sama dapat optimal untuk satu spesies, pesimis untuk spesies lain, dan melampaui batas daya tahan untuk spesies ketiga (Gbr. 2).

Valensi ekologis yang luas suatu spesies dalam kaitannya dengan faktor lingkungan abiotik ditunjukkan dengan menambahkan awalan “eury” pada nama faktor tersebut. Eurytermik spesies yang tahan terhadap fluktuasi suhu yang signifikan, eurybate– rentang tekanan yang luas, euryhaline– tingkat salinitas lingkungan yang berbeda.

Beras. 2. Posisi kurva optimal pada skala suhu untuk spesies berbeda:

1, 2 - spesies stenotermik, kriofil;

3–7 – spesies eurytermal;

8, 9 - spesies stenotermik, termofil

Ketidakmampuan untuk mentolerir fluktuasi signifikan dalam suatu faktor, atau valensi lingkungan yang sempit, ditandai dengan awalan “steno” - stenotermik, stenobat, stenohalin spesies, dll. Dalam arti yang lebih luas, disebut spesies yang keberadaannya memerlukan kondisi lingkungan yang ditentukan secara ketat stenobiont, dan mereka yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berbeda - eurybiont.

Kondisi yang mendekati titik kritis akibat salah satu atau beberapa faktor sekaligus disebut ekstrim.

Posisi titik optimum dan titik kritis pada gradien faktor dapat bergeser dalam batas tertentu karena pengaruh kondisi lingkungan. Hal ini terjadi secara teratur pada banyak spesies seiring perubahan musim. Di musim dingin, misalnya, burung pipit tahan terhadap cuaca beku yang parah, dan di musim panas mereka mati karena kedinginan pada suhu di bawah nol. Fenomena pergeseran titik optimum terhadap suatu faktor disebut aklimatisasi. Dalam hal suhu, ini adalah proses pengerasan termal tubuh yang terkenal. Aklimatisasi suhu memerlukan jangka waktu yang cukup lama. Mekanismenya adalah perubahan enzim dalam sel yang mengkatalisis reaksi yang sama, tetapi pada suhu yang berbeda (disebut isozim). Setiap enzim dikodekan oleh gennya sendiri, oleh karena itu, beberapa gen perlu dimatikan dan yang lain diaktifkan, transkripsi, translasi, perakitan protein baru dalam jumlah yang cukup, dll. Proses keseluruhan memakan waktu rata-rata sekitar dua minggu dan dirangsang oleh perubahan lingkungan. Aklimatisasi, atau pengerasan, adalah adaptasi penting organisme yang terjadi ketika kondisi buruk mendekat secara bertahap atau ketika memasuki wilayah dengan iklim berbeda. Dalam kasus ini, ini merupakan bagian integral dari proses aklimatisasi secara umum.

2. Ketidakjelasan pengaruh faktor terhadap fungsi yang berbeda.

Setiap faktor mempengaruhi fungsi tubuh yang berbeda secara berbeda (Gbr. 3). Nilai optimal untuk beberapa proses mungkin menjadi pesimis bagi proses lainnya. Jadi, suhu udara dari +40 hingga +45 °C pada hewan berdarah dingin sangat meningkatkan laju proses metabolisme dalam tubuh, tetapi menghambat aktivitas motorik, dan hewan mengalami pingsan termal. Bagi banyak ikan, suhu air yang optimal untuk pematangan produk reproduksi tidak menguntungkan untuk pemijahan, yang terjadi pada kisaran suhu yang berbeda.

Beras. 3. Skema ketergantungan fotosintesis dan respirasi tumbuhan terhadap suhu (menurut V. Larcher, 1978): t min, t pilih, t maks– suhu minimum, optimal dan maksimum untuk pertumbuhan tanaman (daerah teduh)

Siklus hidup, di mana selama periode tertentu organisme terutama menjalankan fungsi tertentu (nutrisi, pertumbuhan, reproduksi, pemukiman, dll.), selalu konsisten dengan perubahan musim dalam serangkaian faktor lingkungan. Organisme bergerak juga dapat mengubah habitat agar berhasil menjalankan semua fungsi vitalnya.

3. Keanekaragaman reaksi individu terhadap faktor lingkungan. Tingkat daya tahan, titik kritis, zona optimal dan pesimis individu tidak bersamaan. Variabilitas ini ditentukan baik oleh kualitas keturunan individu maupun oleh jenis kelamin, usia dan perbedaan fisiologis. Misalnya, ngengat penggilingan, salah satu hama produk tepung dan biji-bijian, memiliki suhu minimum kritis untuk ulat sebesar -7 °C, untuk ulat dewasa -22 °C, dan untuk telur -27 °C. Suhu beku -10 °C membunuh ulat, tetapi tidak berbahaya bagi ulat dewasa dan telur hama ini. Akibatnya, valensi ekologis suatu spesies selalu lebih luas daripada valensi ekologis masing-masing individu.

4. Kemandirian relatif adaptasi organisme terhadap berbagai faktor. Tingkat toleransi terhadap faktor apa pun tidak berarti valensi ekologis yang sesuai dari spesies tersebut dalam kaitannya dengan faktor lain. Misalnya, spesies yang dapat mentoleransi variasi suhu yang luas belum tentu juga harus mampu mentoleransi variasi kelembapan dan salinitas yang luas. Spesies eurytermal dapat berupa stenohalin, stenobatik, atau sebaliknya. Valensi ekologis suatu spesies dalam kaitannya dengan berbagai faktor bisa sangat beragam. Hal ini menciptakan keragaman adaptasi yang luar biasa di alam. Himpunan valensi lingkungan dalam kaitannya dengan berbagai faktor lingkungan adalah spektrum ekologi spesies tersebut.

5. Perbedaan spektrum ekologi masing-masing spesies. Setiap spesies memiliki kemampuan ekologis yang spesifik. Bahkan di antara spesies yang memiliki kesamaan dalam metode adaptasinya terhadap lingkungan, terdapat perbedaan dalam sikap mereka terhadap beberapa faktor individu.

Beras. 4. Perubahan partisipasi spesies tanaman individu dalam tegakan rumput padang rumput tergantung pada kelembaban (menurut L.G. Ramensky et al., 1956): 1 – semanggi merah; 2 – yarrow biasa; 3 – seledri Delyavin; 4 – rumput biru padang rumput; 5 – penyelamatan; 6 – sedotan sejati; 7 – sedimen awal; 8 – padang rumput manis; 9 – geranium bukit; 10 – semak lapangan; 11 – salsify berhidung pendek

Aturan individualitas ekologis spesies dirumuskan oleh ahli botani Rusia L.G. Ramensky (1924) dalam kaitannya dengan tumbuhan (Gbr. 4), kemudian dikonfirmasi secara luas oleh penelitian zoologi.

6. Interaksi faktor. Zona optimal dan batas daya tahan organisme dalam kaitannya dengan faktor lingkungan apa pun dapat berubah tergantung pada kekuatan dan kombinasi faktor lain yang bertindak secara bersamaan (Gbr. 5). Pola ini disebut interaksi faktor. Misalnya, panas lebih mudah ditahan di udara kering dibandingkan udara lembab. Risiko pembekuan jauh lebih besar pada cuaca dingin dengan angin kencang dibandingkan pada cuaca tenang. Jadi, faktor yang sama, jika digabungkan dengan faktor lain, mempunyai dampak lingkungan yang berbeda. Sebaliknya, dampak lingkungan yang sama dapat diperoleh dengan cara yang berbeda. Misalnya, layu tanaman dapat dihentikan dengan meningkatkan jumlah kelembapan di dalam tanah dan menurunkan suhu udara, sehingga mengurangi penguapan. Efek substitusi sebagian faktor tercipta.

Beras. 5. Kematian telur ulat sutera pinus Dendrolimus pini pada kombinasi suhu dan kelembaban yang berbeda

Pada saat yang sama, kompensasi timbal balik terhadap faktor lingkungan memiliki batasan tertentu, dan tidak mungkin untuk sepenuhnya mengganti salah satu faktor lingkungan dengan yang lain. Ketiadaan air atau setidaknya salah satu unsur dasar nutrisi mineral membuat kehidupan tanaman tidak mungkin dilakukan, meskipun terdapat kombinasi kondisi lain yang paling menguntungkan. Defisit panas yang ekstrim di gurun kutub tidak dapat diimbangi dengan kelembapan yang melimpah atau penerangan 24 jam.

Dengan mempertimbangkan pola interaksi faktor lingkungan dalam praktik pertanian, dimungkinkan untuk secara terampil memelihara kondisi kehidupan yang optimal bagi tanaman budidaya dan hewan peliharaan.

7. Aturan faktor pembatas. Kemungkinan keberadaan organisme terutama dibatasi oleh faktor-faktor lingkungan yang jauh dari kondisi optimal. Jika setidaknya salah satu faktor lingkungan mendekati atau melampaui nilai kritis, meskipun kombinasi kondisi lain optimal, individu tersebut terancam kematian. Setiap faktor yang sangat menyimpang dari nilai optimal menjadi sangat penting dalam kehidupan suatu spesies atau perwakilan individunya pada periode waktu tertentu.

Faktor lingkungan yang membatasi menentukan jangkauan geografis suatu spesies. Sifat dari faktor-faktor ini mungkin berbeda (Gbr. 6). Oleh karena itu, pergerakan spesies ke utara mungkin dibatasi oleh kurangnya panas, dan ke daerah kering karena kurangnya kelembapan atau suhu yang terlalu tinggi. Hubungan biotik juga dapat menjadi faktor pembatas penyebaran, misalnya pendudukan suatu wilayah oleh pesaing yang lebih kuat atau kurangnya penyerbuk tanaman. Jadi, penyerbukan buah ara bergantung sepenuhnya pada satu spesies serangga - tawon Blastophaga psenes. Tanah air pohon ini adalah Mediterania. Buah ara yang diperkenalkan ke California tidak menghasilkan buah sampai tawon penyerbuk diperkenalkan di sana. Distribusi kacang-kacangan di Arktik dibatasi oleh distribusi lebah yang melakukan penyerbukan. Di Pulau Dikson yang tidak terdapat lebah, tidak ditemukan tanaman polong-polongan, meskipun karena kondisi suhu keberadaan tanaman tersebut masih diperbolehkan.

Beras. 6. Tutupan salju yang dalam merupakan faktor pembatas persebaran rusa (menurut G. A. Novikov, 1981)

Identifikasi faktor pembatas sangat penting dalam praktek pertanian, karena dengan mengarahkan upaya utama untuk menghilangkannya, seseorang dapat dengan cepat dan efektif meningkatkan hasil tanaman atau produktivitas hewan. Jadi, pada tanah yang sangat asam, hasil gandum dapat sedikit ditingkatkan dengan menggunakan pengaruh agronomi yang berbeda, namun efek terbaik hanya akan diperoleh melalui pengapuran, yang akan menghilangkan efek pembatas dari keasaman. Pengetahuan tentang faktor pembatas merupakan kunci untuk mengendalikan aktivitas kehidupan organisme. Pada periode kehidupan individu yang berbeda, berbagai faktor lingkungan bertindak sebagai faktor pembatas, sehingga diperlukan pengaturan yang terampil dan konstan terhadap kondisi kehidupan tanaman dan hewan budidaya.

2.4. Prinsip klasifikasi ekologi organisme

Dalam ekologi, keragaman dan keragaman metode dan cara adaptasi terhadap lingkungan menciptakan perlunya beberapa klasifikasi. Dengan menggunakan kriteria tunggal apa pun, tidak mungkin untuk mencerminkan semua aspek kemampuan beradaptasi organisme terhadap lingkungan. Klasifikasi ekologi mencerminkan kesamaan yang muncul di antara perwakilan kelompok yang sangat berbeda jika digunakan cara adaptasi yang serupa. Misalnya, jika kita mengklasifikasikan hewan menurut cara pergerakannya, maka kelompok spesies ekologis yang bergerak di air dengan cara reaktif akan mencakup hewan dengan posisi sistematis yang berbeda seperti ubur-ubur, cephalopoda, beberapa ciliates dan flagellata, larva dari a. jumlah capung, dll. (Gbr. 7). Klasifikasi lingkungan dapat didasarkan pada berbagai kriteria: metode nutrisi, pergerakan, sikap terhadap suhu, kelembaban, salinitas, tekanan dll. Pembagian semua organisme menjadi eurybiont dan stenobiont menurut luasnya jangkauan adaptasi terhadap lingkungan merupakan contoh klasifikasi ekologi yang paling sederhana.

Beras. 7. Perwakilan dari kelompok ekologi organisme yang bergerak di air secara reaktif (menurut S. A. Zernov, 1949):

1 – flagellata Medusochloris phiale;

2 – ciliate Craspedotella tumpukan;

3 – ubur-ubur Cytaeis vulgaris;

4 – Pelagothuria holothurian pelagis;

5 – larva capung rocker;

6 – gurita renang Gurita vulgaris:

A– arah pancaran air;

B– arah pergerakan hewan

Contoh lainnya adalah pembagian organisme menjadi beberapa kelompok sesuai dengan sifat nutrisinya.Autotrof adalah organisme yang menggunakan senyawa anorganik sebagai sumber untuk membangun tubuhnya. Heterotrof– semua makhluk hidup yang membutuhkan makanan yang berasal dari organik. Pada gilirannya, autotrof dibagi menjadi fototrof Dan kemotrof. Yang pertama menggunakan energi sinar matahari untuk mensintesis molekul organik, yang kedua menggunakan energi ikatan kimia. Heterotrof dibagi menjadi saprofit, menggunakan larutan senyawa organik sederhana, dan holozoa. Holozoa memiliki seperangkat enzim pencernaan yang kompleks dan dapat mengonsumsi senyawa organik kompleks, memecahnya menjadi komponen yang lebih sederhana. Holozoa dibagi menjadi saprofag(memakan sisa-sisa tanaman yang mati) fitofag(konsumen tumbuhan hidup), zoofag(membutuhkan makanan hidup) dan nekrofag(karnivora). Pada gilirannya, masing-masing kelompok ini dapat dibagi menjadi kelompok-kelompok yang lebih kecil, yang memiliki pola nutrisi spesifiknya masing-masing.

Jika tidak, Anda dapat membuat klasifikasi menurut cara memperoleh makanan. Di antara hewan, misalnya, ada kelompok seperti filter(krustasea kecil, ompong, paus, dll), bentuk penggembalaan(kuku, kumbang daun), pengumpul(pelatuk, tikus tanah, tikus, ayam), pemburu mangsa yang bergerak(serigala, singa, lalat hitam, dll) dan sejumlah kelompok lainnya. Jadi, meskipun ada perbedaan besar dalam organisasi, metode yang sama dalam menguasai mangsa pada singa dan ngengat mengarah pada sejumlah analogi dalam kebiasaan berburu dan ciri-ciri struktural umum mereka: tubuh ramping, perkembangan otot yang kuat, kemampuan untuk berkembang pendek. istilah kecepatan tinggi, dll.

Klasifikasi ekologi membantu mengidentifikasi kemungkinan cara organisme beradaptasi terhadap lingkungan.

2.5. Kehidupan yang aktif dan tersembunyi

Metabolisme adalah salah satu sifat terpenting kehidupan, yang menentukan eratnya hubungan material-energi organisme dengan lingkungan. Metabolisme menunjukkan ketergantungan yang kuat pada kondisi kehidupan. Di alam, kita mengamati dua keadaan utama kehidupan: kehidupan aktif dan kedamaian. Selama kehidupan aktif, organisme makan, tumbuh, bergerak, berkembang, bereproduksi, dan dicirikan oleh metabolisme yang intens. Istirahat dapat bervariasi dalam kedalaman dan durasi; banyak fungsi tubuh melemah atau tidak berfungsi sama sekali, karena tingkat metabolisme turun di bawah pengaruh faktor eksternal dan internal.

Dalam keadaan istirahat yang dalam, yaitu berkurangnya metabolisme zat-energi, organisme menjadi kurang bergantung pada lingkungan, memperoleh tingkat stabilitas yang tinggi dan mampu mentolerir kondisi yang tidak dapat mereka tahan selama kehidupan aktif. Kedua keadaan ini bergantian dalam kehidupan banyak spesies, sebagai adaptasi terhadap habitat dengan iklim yang tidak stabil dan perubahan musim yang tiba-tiba, yang merupakan ciri khas sebagian besar planet ini.

Dengan penekanan metabolisme yang dalam, organisme mungkin tidak menunjukkan tanda-tanda kehidupan sama sekali. Pertanyaan apakah mungkin menghentikan metabolisme sepenuhnya dan kemudian kembali ke kehidupan aktif, yaitu semacam “kebangkitan dari kematian”, telah diperdebatkan dalam sains selama lebih dari dua abad.

Fenomena pertama kali kematian imajiner ditemukan pada tahun 1702 oleh Anthony van Leeuwenhoek, penemu dunia mikroskopis makhluk hidup. Ketika tetesan air mengering, “biji hewan” (rotifer) yang dia amati menjadi layu, tampak mati, dan dapat bertahan dalam keadaan ini untuk waktu yang lama (Gbr. 8). Ditempatkan lagi di dalam air, mereka membengkak dan mulai hidup aktif. Leeuwenhoek menjelaskan fenomena ini dengan fakta bahwa cangkang “hewan” tampaknya “tidak memungkinkan terjadinya penguapan sedikit pun” dan mereka tetap hidup dalam kondisi kering. Namun, dalam beberapa dekade, para naturalis sudah memperdebatkan kemungkinan bahwa “kehidupan dapat dihentikan sepenuhnya” dan dipulihkan kembali “dalam 20, 40, 100 tahun atau lebih.”

Pada tahun 70-an abad XVIII. Fenomena "kebangkitan" setelah pengeringan ditemukan dan dikonfirmasi oleh berbagai percobaan pada sejumlah organisme kecil lainnya - belut gandum, nematoda yang hidup bebas, dan tardigrada. J. Buffon, mengulangi eksperimen J. Needham dengan belut, berpendapat bahwa “organisme ini dapat mati dan hidup kembali sebanyak yang diinginkan.” L. Spallanzani adalah orang pertama yang menarik perhatian pada dormansi yang dalam pada benih dan spora tanaman, dan menganggapnya sebagai pelestariannya seiring berjalannya waktu.

Beras. 8. Rotifer Philidina roseola pada berbagai tahap pengeringan (menurut P. Yu. Schmidt, 1948):

1 – aktif; 2 – mulai berkontraksi; 3 – menyusut seluruhnya sebelum dikeringkan; 4 - dalam keadaan mati suri

Di pertengahan abad ke-19. telah ditetapkan secara meyakinkan bahwa ketahanan rotifera kering, tardigrades dan nematoda terhadap suhu tinggi dan rendah, kekurangan atau kekurangan oksigen meningkat sebanding dengan tingkat dehidrasinya. Namun, pertanyaannya tetap terbuka apakah hal ini mengakibatkan gangguan total terhadap kehidupan atau hanya penindasan yang mendalam. Pada tahun 1878, Claude Bernal mengemukakan konsep tersebut "kehidupan tersembunyi" yang ditandai dengan terhentinya metabolisme dan “putusnya hubungan antara keberadaan dan lingkungan”.

Masalah ini akhirnya terselesaikan hanya pada sepertiga pertama abad ke-20 dengan berkembangnya teknologi dehidrasi vakum dalam. Eksperimen G. Ram, P. Becquerel dan ilmuwan lain menunjukkan kemungkinan tersebut penghentian total kehidupan yang dapat dibalik. Dalam keadaan kering, ketika tidak lebih dari 2% air tersisa di dalam sel dalam bentuk terikat secara kimia, organisme seperti rotifera, tardigrades, nematoda kecil, biji dan spora tumbuhan, spora bakteri dan jamur tahan terhadap paparan oksigen cair ( -218.4 °C ), hidrogen cair (-259.4 °C), helium cair (-269.0 °C), yaitu suhu mendekati nol mutlak. Dalam hal ini, isi sel mengeras, bahkan pergerakan termal molekul tidak ada, dan seluruh metabolisme terhenti secara alami. Setelah ditempatkan pada kondisi normal, organisme tersebut terus berkembang. Pada beberapa spesies, penghentian metabolisme pada suhu sangat rendah dapat dilakukan tanpa pengeringan, asalkan air membeku bukan dalam bentuk kristal, tetapi dalam keadaan amorf.

Penghentian total kehidupan yang bersifat sementara disebut mati suri Istilah ini dikemukakan oleh V. Preyer pada tahun 1891. Dalam keadaan mati suri, organisme menjadi resisten terhadap berbagai macam pengaruh. Misalnya, dalam sebuah percobaan, tardigrades tahan terhadap radiasi pengion hingga 570 ribu roentgen selama 24 jam. Larva dehidrasi dari salah satu nyamuk chironomus Afrika, Polypodium vanderplanki, tetap memiliki kemampuan untuk hidup kembali setelah terpapar suhu +102 °C.

Keadaan mati suri sangat memperluas batas-batas pelestarian kehidupan, termasuk dalam waktu. Misalnya, pengeboran dalam di ketebalan gletser Antartika mengungkapkan mikroorganisme (spora bakteri, jamur, dan ragi), yang kemudian berkembang pada media nutrisi biasa. Usia cakrawala es yang bersangkutan mencapai 10–13 ribu tahun. Spora beberapa bakteri yang hidup juga telah diisolasi dari lapisan yang lebih dalam yang berumur ratusan ribu tahun.

Anabiosis, bagaimanapun, adalah fenomena yang cukup langka. Hal ini tidak mungkin terjadi pada semua spesies dan merupakan kondisi istirahat ekstrem di alam yang hidup. Kondisi yang diperlukan adalah pelestarian struktur intraseluler halus yang utuh (organel dan membran) selama pengeringan atau pendinginan organisme. Kondisi ini tidak mungkin terjadi pada sebagian besar spesies yang memiliki organisasi sel, jaringan, dan organ yang kompleks.

Kemampuan anabiosis terdapat pada spesies yang memiliki struktur sederhana atau disederhanakan dan hidup dalam kondisi fluktuasi kelembaban yang tajam (mengeringkan perairan kecil, lapisan atas tanah, bantalan lumut dan lumut kerak, dll.).

Bentuk dormansi lain yang terkait dengan keadaan penurunan aktivitas vital akibat penghambatan sebagian metabolisme jauh lebih luas di alam. Setiap tingkat penurunan tingkat metabolisme meningkatkan stabilitas organisme dan memungkinkan mereka menggunakan energi dengan lebih hemat.

Bentuk istirahat dalam keadaan aktivitas vital menurun dibedakan menjadi hipobiosis Dan kriptobiosis, atau perdamaian yang dipaksakan Dan istirahat fisiologis. Pada hipobiosis, penghambatan aktivitas, atau mati suri, terjadi di bawah tekanan langsung dari kondisi yang tidak menguntungkan dan berhenti segera setelah kondisi ini kembali normal (Gbr. 9). Penekanan proses vital seperti itu dapat terjadi dengan kekurangan panas, air, oksigen, dengan peningkatan tekanan osmotik, dll. Sesuai dengan faktor eksternal utama dari istirahat paksa, ada kriobiosis(pada suhu rendah), anhidrobiosis(dengan kekurangan air), anoksibiosis(dalam kondisi anaerobik), hiperosmobiosis(dengan kandungan garam tinggi dalam air), dll.

Tidak hanya di Arktik dan Antartika, tetapi juga di garis lintang tengah, beberapa spesies arthropoda yang tahan beku (collembolas, sejumlah lalat, kumbang tanah, dll.) menahan musim dingin dalam keadaan mati suri, dengan cepat mencair dan beralih ke aktivitas di bawah sinar matahari, dan kemudian kehilangan mobilitas lagi ketika suhu turun. Tanaman yang muncul di musim semi berhenti dan melanjutkan pertumbuhan dan perkembangan setelah pendinginan dan pemanasan. Setelah hujan, tanah gundul sering kali berubah menjadi hijau karena pesatnya pertumbuhan alga tanah yang mengalami dormansi paksa.

Beras. 9. Pagon - bongkahan es dengan penghuni air tawar yang membeku di dalamnya (dari S.A. Zernov, 1949)

Kedalaman dan durasi penekanan metabolik pada hipobiosis bergantung pada durasi dan intensitas faktor penghambat. Dormansi paksa terjadi pada setiap tahap entogenesis. Manfaat hipobiosis adalah pemulihan kehidupan aktif dengan cepat. Namun, keadaan organisme ini relatif tidak stabil dan, dalam jangka waktu lama, dapat menimbulkan kerusakan akibat ketidakseimbangan proses metabolisme, menipisnya sumber energi, akumulasi produk metabolisme yang kurang teroksidasi, dan perubahan fisiologis merugikan lainnya.

Kriptobiosis adalah jenis dormansi yang berbeda secara mendasar. Hal ini terkait dengan kompleks perubahan fisiologis endogen yang terjadi terlebih dahulu, sebelum timbulnya perubahan musim yang tidak menguntungkan, dan organisme siap menghadapinya. Kriptobiosis adalah adaptasi terutama terhadap faktor lingkungan abiotik musiman atau periodisitas lainnya, siklus regulernya. Ini merupakan bagian dari siklus hidup organisme dan tidak terjadi pada tahap mana pun, tetapi pada tahap perkembangan individu tertentu, yang bertepatan dengan periode kritis dalam setahun.

Transisi ke keadaan istirahat fisiologis membutuhkan waktu. Hal ini didahului dengan penumpukan zat cadangan, dehidrasi parsial jaringan dan organ, penurunan intensitas proses oksidatif dan sejumlah perubahan lain yang umumnya menurunkan metabolisme jaringan. Dalam keadaan kriptobiosis, organisme menjadi lebih tahan terhadap pengaruh lingkungan yang merugikan (Gbr. 10). Penataan ulang biokimia utama dalam kasus ini sebagian besar terjadi pada tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme (misalnya, pengalihan metabolisme ke berbagai tingkat ke jalur glikolitik karena cadangan karbohidrat, dll.). Keluar dari kriptobiosis juga memerlukan waktu dan tenaga dan tidak dapat dicapai hanya dengan menghentikan dampak negatif dari faktor tersebut. Hal ini memerlukan kondisi khusus yang berbeda untuk spesies yang berbeda (misalnya, pembekuan, keberadaan tetesan-cairan air, lamanya siang hari tertentu, kualitas cahaya tertentu, fluktuasi suhu wajib, dll.).

Kriptobiosis sebagai strategi bertahan hidup dalam kondisi yang secara berkala tidak menguntungkan untuk kehidupan aktif adalah produk evolusi jangka panjang dan seleksi alam. Ini tersebar luas di satwa liar. Keadaan kriptobiosis merupakan ciri misalnya pada benih tanaman, kista dan spora berbagai mikroorganisme, jamur, dan alga. Diapause arthropoda, hibernasi mamalia, dormansi tanaman yang dalam juga merupakan jenis kriptobiosis yang berbeda.

Beras. 10. Cacing tanah dalam keadaan diapause (menurut V. Tishler, 1971)

Keadaan hipobiosis, kriptobiosis, dan anabiosis menjamin kelangsungan hidup spesies dalam kondisi alami di garis lintang yang berbeda, seringkali ekstrem, memungkinkan pelestarian organisme selama periode yang tidak menguntungkan, menetap di ruang angkasa dan dalam banyak hal mendorong batas-batas kemungkinan dan distribusi kehidupan. secara umum.

Kuliah 14.

Dampak habitat terhadap biota.

1.Faktor lingkungan.

2. Pola umum pengaruhnya terhadap organisme hidup.

Faktor lingkungan. Pola umum tindakan mereka terhadap organisme hidup.

Adaptasi organisme terhadap lingkungan disebut adaptasi. Kemampuan beradaptasi merupakan salah satu sifat utama kehidupan secara umum, karena memberikan kemungkinan besar keberadaannya, kemampuan organisme untuk bertahan hidup dan berkembang biak. Adaptasi terwujud pada berbagai tingkatan: mulai dari biokimia sel dan perilaku organisme individu hingga struktur dan fungsi komunitas dan sistem ekologi. Adaptasi muncul dan berubah selama evolusi spesies.

Sifat individu atau unsur lingkungan yang mempengaruhi organisme disebut faktor lingkungan . Faktor lingkungan beragam. Mereka mungkin diperlukan atau, sebaliknya, berbahaya bagi makhluk hidup, meningkatkan atau menghambat kelangsungan hidup dan reproduksi. Faktor lingkungan mempunyai sifat dan tindakan yang berbeda-beda. Faktor ekologi dibagi menjadi abiotik dan biotik, antropogenik.

Faktor abiotik - suhu, cahaya, radiasi radioaktif, tekanan, kelembaban udara, komposisi garam air, angin, arus, medan - semua ini adalah sifat-sifat alam mati yang secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi organisme hidup.

Faktor biotik adalah bentuk pengaruh makhluk hidup satu sama lain. Setiap organisme terus-menerus mengalami pengaruh langsung atau tidak langsung dari makhluk lain, mengadakan kontak dengan perwakilan spesiesnya sendiri dan spesies lain, bergantung pada mereka dan mempengaruhi mereka sendiri. Dunia organik di sekitarnya merupakan bagian integral dari lingkungan setiap makhluk hidup.

Hubungan timbal balik antar organisme menjadi dasar keberadaan biocenosis dan populasi; pertimbangan mereka termasuk dalam bidang sinekologi.

Faktor antropogenik - ini adalah bentuk-bentuk kegiatan masyarakat manusia yang menyebabkan perubahan alam sebagai habitat spesies lain atau secara langsung mempengaruhi kehidupan mereka. Meskipun manusia mempengaruhi alam yang hidup melalui perubahan faktor abiotik dan hubungan biotik spesies, aktivitas antropogenik harus diidentifikasi sebagai kekuatan khusus yang tidak sesuai dengan klasifikasi ini. Pentingnya pengaruh antropogenik terhadap kehidupan di planet ini terus berkembang pesat.

Perubahan faktor lingkungan hidup dari waktu ke waktu dapat berupa: 1) teratur, periodik, berubah kekuatan dampaknya sehubungan dengan waktu, musim, atau ritme pasang surut air laut; 2) tidak teratur, tanpa periodisitas yang jelas, misalnya perubahan kondisi cuaca pada tahun yang berbeda, fenomena bencana - badai, hujan lebat, tanah longsor, dll; 3) diarahkan dalam jangka waktu tertentu, terkadang lama, misalnya, selama pendinginan atau pemanasan iklim, pertumbuhan badan air yang berlebihan, penggembalaan ternak yang terus-menerus di wilayah yang sama, dll.

Faktor lingkungan ekologi mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap organisme hidup, yaitu dapat berperan sebagai rangsangan yang menyebabkan perubahan adaptif fungsi fisiologis dan biokimia; sebagai batasan yang membuat tidak mungkin ada dalam kondisi tertentu; sebagai pengubah yang menyebabkan perubahan anatomi dan morfologi organisme; sebagai sinyal yang menunjukkan perubahan faktor lingkungan lainnya.

Meskipun faktor lingkungan sangat beragam, sejumlah pola umum dapat diidentifikasi berdasarkan sifat dampaknya terhadap organisme dan respons makhluk hidup.

1.Hukum optimal. Setiap faktor hanya memiliki batas pengaruh positif tertentu terhadap organisme. Hasil dari suatu faktor variabel terutama bergantung pada kekuatan manifestasinya. Tindakan faktor yang tidak mencukupi dan berlebihan berdampak negatif pada aktivitas kehidupan individu. Kekuatan pengaruh yang menguntungkan disebut zona optimal dari faktor lingkungan atau sekadar optimal untuk organisme dari spesies tertentu. Semakin besar penyimpangan dari nilai optimum, semakin besar pula efek penghambatan faktor tersebut terhadap organisme (zona pessimum). Nilai maksimum dan minimum yang dapat ditransfer dari suatu faktor adalah titik kritis, di mana keberadaannya tidak mungkin lagi dan kematian terjadi. Batas daya tahan antar titik kritis disebut valensi lingkungan (rentang toleransi) makhluk hidup dalam kaitannya dengan faktor lingkungan tertentu.

Perwakilan spesies yang berbeda sangat berbeda satu sama lain baik dalam posisi optimal maupun dalam valensi ekologis. Misalnya, rubah kutub di tundra dapat mentolerir fluktuasi suhu udara dalam kisaran sekitar 80°C (dari +30° hingga -55°C), sedangkan krustasea air hangat Copilia mirabilis dapat menahan perubahan suhu air dalam kisaran tersebut. tidak lebih dari 6°C (dari 23° hingga 29°C). Munculnya rentang toleransi yang sempit dalam evolusi dapat dianggap sebagai bentuk spesialisasi, yang menghasilkan efisiensi yang lebih besar dengan mengorbankan kemampuan beradaptasi dan peningkatan keragaman dalam masyarakat.

Kekuatan manifestasi suatu faktor yang sama dapat optimal untuk satu jenis, pesimis untuk jenis lainnya, dan melampaui batas daya tahan untuk jenis ketiga.

Valensi ekologis yang luas suatu spesies dalam kaitannya dengan faktor lingkungan abiotik ditunjukkan dengan menambahkan awalan “eury” pada nama faktor tersebut. Spesies eurytermal - mentolerir fluktuasi suhu yang signifikan, eurybates - berbagai tekanan, euryhaline - berbagai tingkat salinitas lingkungan.

Ketidakmampuan untuk mentolerir fluktuasi signifikan dalam suatu faktor, atau valensi ekologi yang sempit, ditandai dengan awalan “steno” - spesies stenotermik, stenobat, stenohalin, dll. Dalam arti yang lebih luas, spesies yang keberadaannya memerlukan kondisi lingkungan yang ditentukan secara ketat disebut stenobiont , dan yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan berbeda adalah eurybiont.

2. Ketidakjelasan pengaruh faktor terhadap fungsi yang berbeda. Setiap faktor mempengaruhi fungsi tubuh yang berbeda secara berbeda. Nilai optimal untuk beberapa proses mungkin menjadi pesimis bagi proses lainnya. Jadi, suhu udara dari 40° hingga 45°C pada hewan berdarah dingin sangat meningkatkan laju proses metabolisme dalam tubuh, tetapi menghambat aktivitas motorik, dan hewan menjadi pingsan termal. Bagi banyak ikan, suhu air yang optimal untuk pematangan produk reproduksi tidak menguntungkan untuk pemijahan, yang terjadi pada kisaran suhu yang berbeda.

Musim kawin biasanya sangat penting; Selama periode ini, banyak faktor lingkungan yang seringkali menjadi pembatas. Batas toleransi terhadap individu, benih, telur, embrio, bibit, dan larva yang bereproduksi biasanya lebih sempit dibandingkan tanaman atau hewan dewasa yang tidak bereproduksi. Jadi, pohon cemara dewasa dapat tumbuh baik di dataran tinggi yang kering maupun di dalam air, tetapi ia hanya berkembang biak di tempat yang lembab, tetapi tidak tergenang air untuk perkembangan bibit. Banyak hewan laut yang tahan terhadap air payau atau air tawar dengan kandungan klorida yang tinggi, sehingga sering masuk ke hulu sungai. Namun larva mereka tidak dapat hidup di perairan tersebut, sehingga spesies tersebut tidak dapat berkembang biak di sungai dan tidak menetap di sini secara permanen.

3. Variabilitas, variabilitas dan keragaman respon terhadap aksi faktor lingkungan pada individu individu suatu spesies.

Tingkat daya tahan, titik kritis, zona optimal dan pesimis individu tidak bersamaan. Variabilitas ini ditentukan baik oleh kualitas keturunan individu maupun oleh jenis kelamin, usia dan perbedaan fisiologis. Misalnya, ngengat penggilingan, salah satu hama pada produk tepung dan biji-bijian, memiliki suhu minimum kritis untuk ulat sebesar -7°C, untuk ulat dewasa -22°C, dan untuk telur -27°C. Suhu beku 10°C membunuh ulat, tetapi tidak berbahaya bagi ulat dewasa dan telur hama ini. Akibatnya, valensi ekologis suatu spesies selalu lebih luas daripada valensi ekologis masing-masing individu.

4. Spesies beradaptasi terhadap setiap faktor lingkungan dengan cara yang relatif independen. Tingkat toleransi terhadap faktor apa pun tidak berarti valensi ekologis yang sesuai dari spesies tersebut dalam kaitannya dengan faktor lain. Misalnya, spesies yang dapat mentoleransi variasi suhu yang luas belum tentu juga harus mampu mentoleransi variasi kelembapan dan salinitas yang luas. Spesies eurytermal dapat berupa stenohalin, stenobatik, atau sebaliknya. Valensi ekologis suatu spesies dalam kaitannya dengan berbagai faktor bisa sangat beragam. Hal ini menciptakan keragaman adaptasi yang luar biasa di alam. Seperangkat valensi lingkungan dalam kaitannya dengan berbagai faktor lingkungan membentuk spektrum ekologi suatu spesies.

6. Interaksi faktor.

Zona optimal dan batas daya tahan organisme dalam kaitannya dengan faktor lingkungan apa pun dapat berubah tergantung pada kekuatan dan kombinasi faktor lain yang bertindak secara bersamaan. Pola ini disebut interaksi faktor. Misalnya, panas lebih mudah ditahan di udara kering dibandingkan udara lembab. Risiko pembekuan jauh lebih besar pada cuaca dingin dengan angin kencang dibandingkan pada cuaca tenang. Jadi, faktor yang sama, jika digabungkan dengan faktor lain, mempunyai dampak lingkungan yang berbeda. Sebaliknya, dampak lingkungan yang sama dapat diperoleh dengan cara yang berbeda. Misalnya, layu tanaman dapat dihentikan dengan meningkatkan jumlah kelembapan di dalam tanah dan menurunkan suhu udara, sehingga mengurangi penguapan. Efek substitusi sebagian faktor tercipta.

7. Aturan faktor pembatas (limiting). Faktor lingkungan yang jauh dari optimal membuat suatu spesies sulit untuk hidup dalam kondisi tersebut. Jika setidaknya salah satu faktor lingkungan mendekati atau melampaui nilai kritis, meskipun kombinasi kondisi lain optimal, individu tersebut terancam kematian. Faktor-faktor yang sangat menyimpang dari nilai optimal tersebut menjadi sangat penting dalam kehidupan suatu spesies atau perwakilan individunya dalam setiap periode waktu tertentu.

Faktor lingkungan yang membatasi menentukan jangkauan geografis suatu spesies. Sifat dari faktor-faktor ini mungkin berbeda. Oleh karena itu, pergerakan spesies ke utara mungkin dibatasi oleh kurangnya panas, dan ke daerah kering karena kurangnya kelembapan atau suhu yang terlalu tinggi. Hubungan biotik juga dapat menjadi faktor pembatas penyebaran, misalnya pendudukan suatu wilayah oleh pesaing yang lebih kuat atau kurangnya penyerbuk tanaman.

Organisme dengan toleransi yang luas terhadap semua faktor biasanya merupakan organisme yang paling tersebar luas.

8. Aturan kesesuaian kondisi lingkungan dengan penentuan genetik suatu organisme. Suatu spesies organisme dapat hidup sampai dan sejauh lingkungan alam di sekitarnya sesuai dengan kemampuan genetik untuk beradaptasi dengan spesies tersebut. fluktuasi dan perubahan. Setiap spesies makhluk hidup muncul dalam lingkungan tertentu, beradaptasi dengannya sampai tingkat tertentu, dan keberadaannya selanjutnya hanya mungkin terjadi di lingkungan tersebut atau lingkungan serupa. Perubahan lingkungan hidup yang tajam dan cepat dapat menyebabkan kemampuan genetik suatu spesies tidak mencukupi untuk beradaptasi dengan kondisi baru.

Portal untuk anak sekolah. Persiapan diri

Perkenalan

Habitat

Faktor lingkungan

ARTIKEL TERKAIT