Grande enciclopédia de petróleo e gás. Leis ambientais, regras, princípios

Observações preliminares.

1. Os organismos vivos pertencem à categoria de sistemas supercomplexos, em cujo estudo certas simplificações são inevitáveis.

2. Todos os fatores que influenciam um determinado organismo em um determinado momento atuam simultaneamente. Raciocinar sobre a influência de um fator ambiental (tomado separadamente) é uma simplificação que permite entender melhor os padrões individuais. Seria ideal registrar continuamente os valores de todos os fatores ambientais e a resposta de um sistema vivo (organismo).

3. A opção mais simples é medir os valores de um determinado sinal vital(P g) de um organismo sob condições experimentais com diferentes valores de um fator ambiental estudado (F e) e um valor constante (ótimo) de todos os outros fatores ambientais: P f = f(F e). Tais experimentos são chamados experimentos de fator único; eles devem respeitar a "regra da diferença única" entre as variantes da experiência.

Produtividade, taxa de crescimento de biomassa, intensidade de respiração, taxa metabólica, atividade física e muito mais podem servir como indicadores da atividade vital de um organismo. Indicadores do "bem-estar e prosperidade" de uma espécie (população) - taxa de natalidade, produtividade, abundância, taxa de sobrevivência, etc.

Por exemplo, a dependência quantitativa da produtividade primária líquida de uma planta (NPP) da temperatura do ar (t in), tal como NPP = f (t in), pode ser obtida nas condições de um experimento ativo. Para fazer isso, as plantas são cultivadas em diferentes temperaturas do ar (opções experimentais), garantindo que os valores de outros fatores ambientais (fornecimento de umidade, nutrientes, etc.) permaneçam os mesmos e ideais em todas as opções (regra da diferença única).

« A lei do mínimo "J. Liebig

“A ideia de que a resistência de um organismo é determinada pelo elo mais fraco da cadeia de suas necessidades ecológicas foi demonstrada claramente pela primeira vez em 1840 por J. Liebig”, diz J. Odum. Justus Liebig (1803 - 1873), destacado químico alemão, um dos fundadores da química agrícola, autor da teoria da nutrição mineral das plantas. Com base em numerosos experimentos, J. Liebig (1840) fez as mais importantes generalizações científicas, formulando essencialmente as primeiras leis ecológicas muito antes do surgimento da própria ecologia. Ele descobriu que o rendimento das plantas depende do elemento de nutrição mineral que está no solo em um mínimo relativo (em relação às necessidades da planta).

« Lei" mínimo(J. Liebig, 1840): "A substância, que é no mínimo, controla a colheita e determina o tamanho e a estabilidade da colheita ao longo do tempo."

Por exemplo, deixe o solo conter a quantidade ideal de umidade, fósforo, potássio e todos os outros elementos da nutrição mineral das plantas, com exceção do nitrogênio, que não é suficiente. Então o teor de nitrogênio será limite produtividade da planta. Se, nessas condições, a quantidade de fertilizantes nitrogenados aplicados for aumentada consistentemente (em várias parcelas experimentais), o rendimento das plantas também aumentará na mesma sequência (até um certo nível).

Yu. Liebig também descobriu que o rendimento pode ser limitado, limitado não apenas pelos nutrientes que são exigidos pelas plantas em grandes quantidades (N, P, K, etc.), mas também pelos que são necessários em quantidades muito pequenas (microelementos ). Na redação moderna, essa disposição é conhecida como " lei de equivalência dos principais fatores ambientais».

Não menos, e talvez ainda mais importante para a ecologia, é a teoria da nutrição mineral de plantas desenvolvida por J. Liebig, que desempenhou um grande papel na formação de ideias sobre a interação de seres vivos e não vivos no nível de átomos de substâncias químicas. elementos. Não nos deteremos especificamente nesses numerosos refinamentos e acréscimos à "lei do mínimo", que surgiram ao longo de mais de um século e meio do desenvolvimento da ciência - isso ficará claro na apresentação subsequente.

Lei da Tolerância de W. Shelford

Numerosos experimentos mostraram que em relação à ação de muitos, mas não de todos os fatores ambientais no corpo, são observados padrões gerais:

1) a atividade vital de um organismo pode ser limitada não apenas por uma deficiência, mas também por um “excesso” do impacto de um determinado fator;

2) a atividade vital de um organismo (espécie) só é possível em uma certa faixa de valores de fatores (de e para);

3) com a constância de outros fatores, há um “melhor”, valor ótimo para o organismo do fator estudado;

4) as espécies de organismos são estritamente individuais em relação à ação dos fatores ambientais - o ótimo para uma espécie pode ser insuportável para outra.

Esses padrões gerais podem ser combinados em " regra ótima ou o chamado lei da tolerância". Normalmente, a formulação da lei da tolerância está associada ao nome do ecologista americano W. Shelford, embora seja simplesmente impossível estabelecer a autoria neste caso.

Tolerância(de lat. tolerância- paciência, tolerância) - a resistência de um organismo (espécie) à ação de um determinado fator ambiental. Sinônimo: valência ecológica.

Lei da Tolerância(W. Shelford, 1913) – o fator limitante para a prosperidade de um organismo pode ser tanto um mínimo (deficiência) quanto um máximo (excesso) de impacto ambiental, o intervalo entre o qual determina a quantidade de resistência (tolerância) do organismo a este fator.

Valência ecológica- o grau de adaptabilidade da espécie às mudanças nas condições ambientais - o mesmo que tolerância.

Os limites de tolerância de um organismo à ação de um determinado fator ambiental são determinados nos chamados estressante experimentos (experimentos de estresse são chamados porque neles é necessário alcançar a morte do organismo). Se você apresentar os resultados do experimento na forma de um gráfico, obterá a famosa curva de tolerância em forma de sino (Fig. 1.1).

Na curva de tolerância (Fig. 1.1) aloque: mínimo ecológico("morte por falta"), máximo ecológico("morte por excesso") e ótimo(melhor), bem como zona (intervalo) vida normal, zona ótima e zonas opressão(estresse) .

A faixa de valores de fatores entre o mínimo e o máximo ecológicos - faixa de tolerância, (limites de tolerância de uma espécie, limites de resistência de uma espécie à ação de um determinado fator ambiental) é indicado por prefixos:

sempre- largo e esteno- estreito.

Por exemplo, uma espécie euritérmica (tolera flutuações na temperatura ambiente em uma ampla faixa) ou uma espécie estenotérmica (pode existir apenas com pequenas flutuações de temperatura próximas ao ótimo).

Os nomes comuns são:

estenotérmico - euritérmico (em relação à temperatura);

estenoídrico - eurídrico (em relação à água);

estenohalina - eurialina (em relação à salinidade);

estenófago - eurífago (em relação à comida);

stenobiont - eurybiont (em relação ao habitat).

Caracterizar organismos que têm uma estreita faixa de tolerância a certos fatores ambientais ( esteno-), costumam usar terminações: ... Phil- ama ou... porta-voz- "não ama". Por exemplo, espécies estenotérmicas e criofílicas ( crio- frio).

Arroz. 1.1. Vista geral (diagrama) da curva de tolerância.

Leis da ecologia— padrões e princípios gerais de interação entre a sociedade humana e o ambiente natural.

O significado dessas leis está na regulação da natureza e direção da atividade humana dentro dos ecossistemas de vários níveis. Entre as leis da ecologia formuladas por diferentes autores, as mais famosas são os quatro aforismos do cientista ambiental americano Barry Commoner (1974):

"tudo está ligado a tudo"(a lei da conexão universal das coisas e fenômenos na natureza);
"tudo tem que ir para algum lugar"(a lei da conservação da massa da matéria);
"nada vem de graça"(sobre o preço do desenvolvimento);
"a natureza sabe melhor"(sobre o principal critério de seleção evolutiva).

A partir de a lei da conexão universal das coisas e fenômenos na natureza("tudo está conectado com tudo") seguem várias consequências:

lei dos grandes números - a ação cumulativa de um grande número de fatores aleatórios leva a um resultado que é quase independente do acaso, ou seja, de caráter sistêmico. Assim, miríades de bactérias no solo, água, corpos de organismos vivos criam um ambiente microbiológico especial e relativamente estável, necessário para a existência normal de todos os seres vivos. Ou outro exemplo: o comportamento aleatório de um grande número de moléculas em um determinado volume de gás determina valores bastante definidos de temperatura e pressão;
princípio de Le Chatelier (Marrom) - quando uma ação externa tira o sistema de um estado de equilíbrio estável, esse equilíbrio se desloca na direção em que o efeito da ação externa diminui. No nível biológico, é realizado na forma da capacidade de autorregulação dos ecossistemas;
lei da otimalidade- qualquer sistema funciona com a maior eficiência em alguns limites espaço-temporais característicos dele;
quaisquer mudanças sistêmicas na natureza têm um impacto direto ou indireto em uma pessoa - desde o estado do indivíduo até as relações sociais complexas.

A partir de lei da conservação da massa da matéria(“tudo tem que ir para algum lugar”) seguem pelo menos dois postulados de importância prática:

Barry Commoner escreve “... o ecossistema global é uma entidade única dentro da qual nada pode ser ganho ou perdido e que não pode ser objeto de melhoria universal; tudo o que dela foi extraído pelo trabalho humano deve ser substituído. O pagamento desta conta não pode ser evitado; só pode ser adiado. A atual crise ambiental sugere que o atraso foi muito longo.”

Princípio "a natureza sabe melhor" determina, em primeiro lugar, o que pode e o que não deve acontecer na biosfera. Tudo na natureza - desde moléculas simples até humanos - passou pela mais severa competição pelo direito de existir. Atualmente, o planeta é habitado por apenas 1/1000 espécies de plantas e animais testados pela evolução. O principal critério para essa seleção evolutiva é a incorporação ao ciclo biótico global., preenchimento de todos os nichos ecológicos. Qualquer substância produzida por organismos deve ter uma enzima que a decomponha, e todos os produtos de decomposição devem ser novamente envolvidos no ciclo. Com todas as espécies biológicas que violaram essa lei, a evolução se separou mais cedo ou mais tarde. A civilização industrial humana viola grosseiramente o isolamento do ciclo biótico em escala global, que não pode ficar impune. Nesta situação crítica, deve ser encontrado um compromisso, que só pode ser feito por uma pessoa que tenha uma mente e um desejo por isso.

Além das formulações de Barry Commoner, os ecologistas modernos deduziram outra lei da ecologia - "não há o suficiente para todos" (a lei dos recursos limitados). Obviamente, a massa de nutrientes para todas as formas de vida na Terra é finita e limitada. Não é suficiente que todos os representantes do mundo orgânico apareçam na biosfera, portanto, um aumento significativo no número e na massa de qualquer organismo em escala global pode ocorrer apenas devido à diminuição do número e da massa de outros. O economista inglês T.R. Malthus (1798), que tentou justificar com isso a inevitabilidade da competição social. Por sua vez, Charles Darwin emprestou de Malthus o conceito de "luta pela existência" para explicar o mecanismo da seleção natural na natureza viva.

Lei dos recursos limitados- a fonte de todas as formas de competição, rivalidade e antagonismo na natureza e, infelizmente, na sociedade. E por mais que considerem a luta de classes, o racismo, os conflitos interétnicos como fenômenos puramente sociais, todos eles têm suas raízes na competição intraespecífica, que às vezes assume formas muito mais cruéis do que nos animais.

A diferença essencial é que na natureza, como resultado da luta competitiva, os melhores sobrevivem, mas na sociedade humana isso não acontece de forma alguma.

Uma classificação generalizada das leis ambientais foi apresentada pelo famoso cientista soviético N.F. Reimers. Eles recebem as seguintes afirmações:

lei do equilíbrio social e ecológico(a necessidade de manter um equilíbrio entre a pressão sobre o meio ambiente e a restauração desse meio ambiente, tanto natural quanto artificial);
Princípio da gestão do desenvolvimento cultural(impondo restrições ao desenvolvimento extensivo, levando em conta as restrições ambientais);
regra de substituição socioecológica(a necessidade de identificar formas de substituir as necessidades humanas);
lei da irreversibilidade socioecológica(a impossibilidade de retroceder o movimento evolutivo, de formas complexas para formas mais simples);
lei da noosfera Vernadsky (a inevitabilidade da transformação da biosfera sob a influência do pensamento e do trabalho humano na noosfera - a geosfera, na qual a mente se torna dominante no desenvolvimento do sistema "homem-natureza").

O cumprimento dessas leis é possível se a humanidade perceber seu papel no mecanismo de manutenção da estabilidade da biosfera. Sabe-se que no processo de evolução são preservadas apenas as espécies capazes de garantir a estabilidade da vida e do meio ambiente. Somente o homem, usando o poder de sua mente, pode direcionar o desenvolvimento da biosfera ao longo do caminho da preservação da vida selvagem, da preservação da civilização e da humanidade, criando um sistema social mais justo, passando da filosofia da guerra para a filosofia da paz e da parceria. , amor e respeito pelas gerações futuras. Todos esses são componentes de uma nova visão de mundo biosférica, que deve se tornar universal.

Leis e princípios da ecologia

Lei do Mínimo

Em 1840 Y. Liebig constataram que a colheita muitas vezes é limitada não pelos nutrientes que são necessários em grande quantidade, mas pelos que são pouco necessários, mas que também são escassos no solo. A lei que ele formulou dizia: “A colheita é controlada pela substância que está no mínimo, a magnitude e a estabilidade desta última no tempo são determinadas”. Posteriormente, uma série de outros fatores foram adicionados aos nutrientes, como a temperatura. A operação desta lei é limitada por dois princípios. A primeira lei de Liebig é estritamente válida apenas em condições estacionárias. Uma formulação mais precisa: "em estado estacionário, a substância limitante será a substância cujas quantidades disponíveis estejam mais próximas do mínimo exigido". O segundo princípio diz respeito à interação de fatores. Uma alta concentração ou disponibilidade de uma determinada substância pode alterar a ingestão de um nutriente mínimo. A seguinte lei é formulada na própria ecologia e generaliza a lei do mínimo.

Lei da Tolerância

Esta lei é formulada da seguinte forma: a ausência ou impossibilidade de desenvolvimento de um ecossistema é determinada não apenas por uma deficiência, mas também pelo excesso de qualquer um dos fatores (calor, luz, água). Consequentemente, os organismos são caracterizados por um mínimo e um máximo ecológicos. Muito de uma coisa boa também é ruim. O intervalo entre os dois valores é o limite de tolerância, no qual o corpo normalmente responde à influência do ambiente. A lei da tolerância proposta W. Shelford em 1913. Podemos formular uma série de propostas que a complementam.

Os organismos podem ter uma ampla faixa de tolerância para um fator e uma estreita para outro.
Organismos com uma ampla faixa de tolerância a todos os fatores são geralmente os mais amplamente distribuídos.
Se as condições para um fator ambiental não forem ótimas para a espécie, então a faixa de tolerância para outros fatores ambientais pode diminuir.
Na natureza, os organismos muitas vezes se encontram em condições que não correspondem ao valor ótimo de um ou outro fator determinado em laboratório.
A época de reprodução geralmente é crítica; durante este período, muitos fatores ambientais muitas vezes acabam sendo limitantes.

Conceito geral de fatores limitantes

Os fatores mais importantes em terra são luz, temperatura e água (precipitação), enquanto no mar, luz, temperatura e salinidade. Essas condições físicas de existência maio limitar e influenciar favoravelmente. Todos os fatores ambientais dependem uns dos outros e atuam em conjunto. Outros fatores limitantes incluem gases atmosféricos (dióxido de carbono, oxigênio) e sais biogênicos. Formulando a "lei do mínimo", Liebig tinha em mente o efeito limitante dos elementos químicos vitais presentes no meio ambiente em quantidades pequenas e intermitentes. Eles são chamados de oligoelementos e incluem ferro, cobre, zinco, boro, silício, molibdênio, cloro, vanádio, cobalto, iodo, sódio. Muitos oligoelementos, como vitaminas, atuam como catalisadores. Fósforo, potássio, cálcio, enxofre, magnésio, requeridos pelos organismos em grandes quantidades, são chamados de macronutrientes. Um importante fator limitante nas condições modernas é a poluição ambiental. O principal fator limitante para Y. Odumu, - dimensões e qualidade oikosa", ou nosso " casa natural, e não apenas o número de calorias que podem ser extraídas do solo. A paisagem não é apenas um armazém, mas também a casa em que vivemos. “O objetivo deve ser manter pelo menos um terço de toda a terra como espaço aberto protegido. Isso significa que um terço de todo o nosso habitat deve ser parques nacionais ou locais, reservas, áreas verdes, áreas selvagens, etc.” O território exigido por uma pessoa, segundo várias estimativas, varia de 1 a 5 hectares. O segundo desses números excede a área que agora recai sobre um habitante da Terra.

A densidade populacional aproxima-se de uma pessoa por 2 hectares de terra. Apenas 24% da terra é adequada para a agricultura. Enquanto apenas 0,12 hectares podem fornecer calorias suficientes para sustentar uma pessoa, uma dieta saudável com muita carne, frutas e verduras requer cerca de 0,6 hectares por pessoa. Além disso, são necessários cerca de 0,4 hectares para a produção de diversos tipos de fibras (papel, madeira, algodão) e outros 0,2 hectares para estradas, aeroportos, edifícios, etc. Daí o conceito do “bilhão de ouro”, segundo o qual a população ótima é de 1 bilhão de pessoas e, portanto, já existem cerca de 5 bilhões de “pessoas extras”. O homem, pela primeira vez em sua história, enfrentou limitações ao invés de limitações locais. Superar os fatores limitantes requer enormes gastos de matéria e energia. Dobrar o rendimento requer um aumento de dez vezes na quantidade de fertilizantes, pesticidas e energia (animais ou máquinas). O tamanho da população também é um fator limitante.

Lei da exclusão competitiva

Essa lei é formulada da seguinte forma: duas espécies que ocupam o mesmo nicho ecológico não podem coexistir indefinidamente em um lugar.

Qual espécie vence depende das condições externas. Em condições semelhantes, todos podem ganhar. Uma circunstância importante para a vitória é a taxa de crescimento populacional. A incapacidade de uma espécie para a competição biótica leva ao seu deslocamento e à necessidade de adaptação a condições e fatores mais difíceis.

A lei da exclusão competitiva também pode funcionar na sociedade humana. A peculiaridade de sua ação na atualidade é que as civilizações não podem se dispersar. Eles não têm para onde sair de seu território, porque na biosfera não há espaço livre para se estabelecer e não há excesso de recursos, o que leva a um agravamento da luta com todas as consequências decorrentes. Podemos falar de rivalidade ecológica entre países e até guerras ecológicas ou guerras causadas por razões ecológicas. Ao mesmo tempo, Hitler justificou a política agressiva da Alemanha nazista pela luta por espaço vital. Recursos de petróleo, carvão, etc. e então eles eram importantes. Eles têm um peso ainda maior no século 21. Além disso, acrescentou-se a necessidade de territórios para o descarte de resíduos radioativos e outros. As guerras — quentes e frias — assumem uma dimensão ecológica. Muitos eventos da história moderna, como o colapso da União Soviética, são percebidos de uma nova maneira, se você olhar para eles de uma perspectiva ecológica. Uma civilização pode não apenas conquistar outra, mas usá-la para fins egoístas do ponto de vista ecológico. Isso será colonialismo ecológico. É assim que as questões políticas, sociais e ambientais se entrelaçam.

Lei básica da ecologia

Uma das principais conquistas da ecologia foi a descoberta de que não apenas organismos e espécies se desenvolvem, mas também. A sequência de comunidades que se substituem em uma determinada área é chamada de sucessão. A sucessão ocorre como resultado de uma mudança no ambiente físico sob a ação da comunidade, ou seja, controlado por ele.

A alta produtividade dá baixa confiabilidade - outra formulação da lei básica da ecologia, da qual segue a seguinte regra: "A eficiência ideal é sempre menor que a máxima". A diversidade, de acordo com a lei básica da ecologia, está diretamente relacionada à sustentabilidade. No entanto, ainda não se sabe até que ponto essa relação é causal.

Algumas outras leis e princípios importantes para a ecologia.

Lei do surgimento: o todo sempre tem propriedades especiais que sua parte não possui.

Lei da Variedade Necessária: o sistema não pode ser constituído por elementos absolutamente idênticos, mas pode ter uma organização hierárquica e níveis integrativos.

Lei da irreversibilidade da evolução: um organismo (população, espécie) não pode retornar ao seu estado anterior, realizado na série de seus ancestrais.

A Lei da Complicação da Organização: o desenvolvimento histórico dos organismos vivos leva à complicação de sua organização pela diferenciação de órgãos e funções.

lei biogenética(E. Haeckel): a ontogênese de um organismo é uma breve repetição da filogênese de uma determinada espécie, ou seja, o indivíduo em seu desenvolvimento repete em suma o desenvolvimento histórico de sua espécie.

A lei do desenvolvimento desigual de partes do sistema: sistemas do mesmo nível de hierarquia não se desenvolvem estritamente de forma síncrona, enquanto alguns atingem um estágio mais alto de desenvolvimento, outros permanecem em um estado menos desenvolvido. Esta lei está diretamente relacionada com a lei da variedade necessária.

A Lei da Preservação da Vida: a vida só pode existir no processo de movimento através do corpo vivo do fluxo de substâncias, energia, informação.

O princípio da manutenção da ordem(Y. Prigozhy): em sistemas abertos, a entropia não aumenta, mas diminui até atingir o valor mínimo constante, que é sempre maior que zero.

Princípio Le Chatelier-Brown: com uma influência externa que tira o sistema de um estado de equilíbrio estável, esse equilíbrio é deslocado na direção em que o efeito da influência externa é enfraquecido.

Princípio de economia de energia(L. Onsager): com a probabilidade do desenvolvimento do processo em um determinado conjunto de direções permitidas pelos princípios da termodinâmica, realiza-se aquela que proporciona o mínimo de dissipação de energia.

Lei da maximização de energia e informação: a melhor chance de autopreservação tem um sistema mais propício ao recebimento, produção e uso eficiente de energia e informação; a ingestão máxima de uma substância não garante o sucesso do sistema na luta competitiva.

A lei do desenvolvimento do sistema à custa do meio ambiente: qualquer sistema só pode se desenvolver através do uso das capacidades materiais, energéticas e informacionais de seu ambiente; o autodesenvolvimento absolutamente isolado é impossível.

Regra de Schrödinger"sobre nutrição" do organismo com entropia negativa: a ordem do organismo é maior do que o ambiente, e o organismo dá mais desordem a este ambiente do que recebe. Esta regra se correlaciona com o princípio de Prigogine de manter a ordem.

Regra de aceleração da evolução: com a crescente complexidade da organização dos biossistemas, a duração da existência de uma espécie é, em média, reduzida e a taxa de evolução aumenta. A expectativa de vida média de uma espécie de ave é de 2 milhões de anos, e a de uma espécie de mamífero é de 800.000 anos. O número de espécies extintas de aves e mamíferos em comparação com seu número total é grande.

Lei da Independência Relativa de Adaptação: a alta adaptabilidade a um dos fatores ambientais não confere o mesmo grau de adaptação a outras condições de vida (pelo contrário, pode limitar essas possibilidades devido às características fisiológicas e morfológicas dos organismos).

Princípio do tamanho mínimo da população: existe um tamanho mínimo da população abaixo do qual o tamanho da população não pode cair.

A regra de representação do gênero por uma espécie: em condições homogêneas e em uma área limitada, um gênero taxonômico, via de regra, é representado por apenas uma espécie. Aparentemente, isso se deve à proximidade dos nichos ecológicos de espécies do mesmo gênero.

A lei do esgotamento da matéria viva em suas concentrações insulares(G.F. Hilmi): “Um sistema individual operando em um ambiente com um nível de organização inferior ao nível do próprio sistema está condenado: gradualmente perdendo sua estrutura, o sistema se dissolverá no ambiente depois de um tempo.” Isso leva a uma conclusão importante para as atividades ambientais humanas: a preservação artificial de ecossistemas de pequeno porte (em uma área limitada, por exemplo, uma reserva) leva à sua destruição gradual e não garante a conservação de espécies e comunidades.

Lei da Pirâmide de Energia(R. Lindeman): de um nível trófico da pirâmide ecológica, em média, cerca de 10% da energia recebida no nível anterior passa para outro nível superior. O fluxo reverso dos níveis mais altos para os mais baixos é muito mais fraco - não mais que 0,5-0,25% e, portanto, não é necessário falar sobre o ciclo de energia na biocenose.

A regra da obrigação de preencher nichos ecológicos: um nicho ecológico vazio é sempre e necessariamente preenchido naturalmente (“a natureza não tolera o vazio”).

Princípio de formação do ecossistema: a existência de organismos a longo prazo só é possível dentro da estrutura de sistemas ecológicos, onde seus componentes e elementos se complementam e se adaptam mutuamente. Destas leis e princípios ambientais, decorrem algumas conclusões que são justas para o sistema “homem-ambiente”. Pertencem ao tipo de lei de restrição da diversidade, ou seja, impor restrições às atividades humanas para transformar a natureza.

lei bumerangue: tudo o que é extraído da biosfera pelo trabalho humano deve ser devolvido a ela.

Lei da insubstituibilidade da biosfera: a biosfera não pode ser substituída por um ambiente artificial, assim como, digamos, novos tipos de vida não podem ser criados. Uma pessoa não pode construir uma máquina de movimento perpétuo, enquanto a biosfera é praticamente uma máquina de movimento "perpétuo".

A lei da pele de seixos: o potencial global inicial de recursos naturais é continuamente esgotado ao longo do desenvolvimento histórico. Isso decorre do fato de que atualmente não há recursos fundamentalmente novos que possam aparecer. Para a vida de cada pessoa, são necessárias 200 toneladas de substâncias sólidas por ano, que ele, com a ajuda de 800 toneladas de água e uma média de 1000 W de energia, transforma em um produto útil para si mesmo. Tudo isso o homem tira do que já está na natureza.

Princípio do afastamento do evento: os descendentes inventarão algo para evitar possíveis consequências negativas. A questão de até que ponto as leis da ecologia podem ser transferidas para a relação do homem com o meio ambiente permanece em aberto, uma vez que o homem é diferente de todas as outras espécies. Por exemplo, na maioria das espécies, a taxa de crescimento populacional diminui com o aumento da densidade populacional; em humanos, pelo contrário, o crescimento populacional neste caso acelera. Alguns dos mecanismos reguladores da natureza estão ausentes em humanos, e isso pode servir como uma razão adicional para o otimismo tecnológico em alguns, e para os pessimistas ambientais testemunharem o perigo de tal catástrofe, que é impossível para qualquer outra espécie.

TÓPICO 2. LEIS BÁSICAS E PRINCÍPIOS DO MEIO AMBIENTE

A tarefa da ecologia, como qualquer outra ciência, é buscar as leis de funcionamento e desenvolvimento de uma determinada área da realidade. Historicamente, a primeira para a ecologia foi a lei que estabelecia a dependência dos sistemas vivos de fatores limitantes de seu desenvolvimento (os chamados fatores limitantes).

2.1. Lei do Mínimo

J. Liebig em 1840 descobriu que o rendimento de grãos é frequentemente limitado não pelos nutrientes que são necessários em grandes quantidades, mas pelos que são necessários em pequenas quantidades, mas que são escassos no solo. A lei formulada por ele dizia: "A substância, que é no mínimo, controla a safra e determina a magnitude e a estabilidade desta no tempo". Posteriormente, uma série de outros fatores foram adicionados aos nutrientes, como a temperatura.

A operação desta lei é limitada por dois princípios. Primeiro, a lei de Liebig é estritamente aplicável apenas sob condições de estado estacionário. Uma formulação mais precisa: "em estado estacionário, a substância limitante será a substância cujas quantidades disponíveis estejam mais próximas do mínimo exigido". O segundo princípio diz respeito à interação de fatores. Uma alta concentração ou disponibilidade de uma determinada substância pode alterar a ingestão de um nutriente mínimo. O corpo às vezes substitui uma substância deficiente por outra, disponível em excesso.

A seguinte lei é formulada na própria ecologia e generaliza a lei do mínimo.

2.2. Lei da Tolerância

É formulado da seguinte forma: a ausência ou impossibilidade de desenvolvimento do ecossistema é determinada não apenas por uma deficiência, mas também pelo excesso de qualquer um dos fatores (calor, luz, água). Consequentemente, os organismos são caracterizados por um mínimo e um máximo ecológicos. Muito de uma coisa boa também é ruim. O intervalo entre os dois valores é o limite de tolerância, no qual o corpo normalmente responde à influência do ambiente. A lei da tolerância foi proposta por W. Shelford em 1913. Podemos formular uma série de propostas que a complementam:

1. Os organismos podem ter uma ampla faixa de tolerância para um fator e uma faixa estreita para outro.

2. Organismos com uma ampla faixa de tolerância a todos os fatores são geralmente os mais amplamente distribuídos.

3. Se as condições para um fator ecológico não forem ótimas para a espécie, então a faixa de tolerância a outros fatores ambientais pode diminuir.

4. Na natureza, os organismos muitas vezes se encontram em condições que não correspondem ao valor ótimo de um ou outro fator determinado em laboratório.

5. A época de reprodução geralmente é crítica; durante este período, muitos fatores ambientais muitas vezes acabam sendo limitantes.

Os organismos vivos mudam as condições ambientais para enfraquecer a influência limitante dos fatores físicos. Espécies com ampla distribuição geográfica formam populações adaptadas às condições locais, que são chamadas de ecótipos. Seus limites ótimos e de tolerância correspondem às condições locais. Dependendo se os ecótipos são geneticamente fixados, pode-se falar da formação de raças genéticas ou de simples aclimatação fisiológica.

2.3. Conceito geral de fatores limitantes

Os fatores mais importantes em terra são luz, temperatura e água (precipitação), enquanto no mar, luz, temperatura e salinidade. Essas condições físicas de existência podem ser limitantes e benéficas. Todos os fatores ambientais dependem uns dos outros e atuam em conjunto.

Outros fatores limitantes incluem gases atmosféricos (dióxido de carbono, oxigênio) e sais biogênicos. Formulando a "lei do mínimo", Liebig tinha em mente o efeito limitante dos elementos químicos vitais presentes no meio ambiente em quantidades pequenas e intermitentes. Eles são chamados de oligoelementos e incluem ferro, cobre, zinco, boro, silício, molibdênio, cloro, vanádio, cobalto, iodo, sódio. Muitos oligoelementos, como vitaminas, atuam como catalisadores. Fósforo, potássio, cálcio, enxofre, magnésio, requeridos pelos organismos em grandes quantidades, são chamados de macronutrientes.

Um importante fator limitante nas condições modernas é a poluição ambiental. Ocorre como resultado da introdução no meio ambiente de substâncias que não existiam nele (metais, novos produtos químicos sintetizados) e que não se decompõem, ou que existem na biosfera (por exemplo, dióxido de carbono), mas introduzidos em quantidades excessivamente grandes que não permitem processá-los naturalmente. Figurativamente falando, os poluentes são recursos no lugar errado. A poluição leva a uma mudança indesejável nas características físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, que tem um efeito adverso sobre os ecossistemas e os seres humanos. O preço da poluição é a saúde, o preço, no sentido literal, do custo de sua restauração. A poluição está aumentando tanto como resultado do crescimento da população e de suas necessidades, quanto como resultado do uso de novas tecnologias que atendem a essas necessidades. É químico, térmico, ruído.

O principal fator limitante, de acordo com J. Odum, é o tamanho e a qualidade do "oikos", ou nossa "morada natural", e não apenas o número de calorias que podem ser extraídas da terra. A paisagem não é apenas um armazém, mas também a casa em que vivemos. “O objetivo deve ser manter pelo menos um terço de toda a terra como espaço aberto protegido. Isso significa que um terço de todo o nosso habitat deve ser parques nacionais ou locais, reservas, áreas verdes, áreas selvagens, etc.” (Yu. Odum. Noções básicas ... p. 541). A restrição do uso da terra é análoga a um mecanismo regulador natural chamado comportamento territorial. Muitas espécies animais usam esse mecanismo para evitar aglomerações e o estresse que isso causa.

O território exigido por uma pessoa, segundo várias estimativas, varia de 1 a 5 hectares. O segundo desses números excede a área que agora recai sobre um habitante da Terra. A densidade populacional aproxima-se de uma pessoa por 2 hectares de terra. Apenas 24% da terra é adequada para a agricultura. “Enquanto uma área de apenas 0,12 hectares pode fornecer calorias suficientes para sustentar a existência de uma pessoa, cerca de 0,6 hectares por pessoa são necessários para uma dieta nutritiva com muita carne, frutas e verduras. Além disso, são necessários cerca de 0,4 hectares para a produção de diversos tipos de fibras (papel, madeira, algodão) e outros 0,2 hectares para estradas, aeroportos, edifícios, etc.” (Yu. Odum. Noções básicas ... p. 539). Daí o conceito do “bilhão de ouro”, segundo o qual a população ótima é de 1 bilhão de pessoas e, portanto, já existem cerca de 5 bilhões de “pessoas extras”. O homem, pela primeira vez em sua história, enfrentou limitações ao invés de limitações locais.

Superar os fatores limitantes requer enormes gastos de matéria e energia. Dobrar o rendimento requer um aumento de dez vezes na quantidade de fertilizantes, pesticidas e energia (animais ou máquinas).

O tamanho da população também é um fator limitante. Isso é resumido no princípio de Ollie: "o grau de agregação (assim como a densidade geral) em que o crescimento e a sobrevivência da população ideais são observados varia com as espécies e condições, de modo que tanto a 'subpopulação' (ou falta de agregação) quanto a superpopulação podem ter um efeito limitante. Alguns ecologistas acreditam que o princípio de Ollie também se aplica aos humanos. Em caso afirmativo, então é necessário determinar o tamanho máximo das cidades que estão crescendo rapidamente no momento.

2.4. Lei da exclusão competitiva

Essa lei é formulada da seguinte forma: duas espécies que ocupam o mesmo nicho ecológico não podem coexistir indefinidamente em um lugar. Qual espécie vence depende das condições externas. Em condições semelhantes, todos podem ganhar. Uma circunstância importante para a vitória é a taxa de crescimento populacional. A incapacidade de uma espécie para a competição biótica leva ao seu deslocamento e à necessidade de adaptação a condições e fatores mais difíceis.

A lei da exclusão competitiva também pode funcionar na sociedade humana. A peculiaridade de sua ação na atualidade é que as civilizações não podem se dispersar. Eles não têm para onde sair de seu território, porque na biosfera não há espaço livre para se estabelecer e não há excesso de recursos, o que leva a um agravamento da luta com todas as consequências decorrentes. Podemos falar de rivalidade ecológica entre países e até guerras ecológicas ou guerras causadas por razões ecológicas. Ao mesmo tempo, Hitler justificou a política agressiva da Alemanha nazista pela luta por espaço vital. Os recursos de petróleo, carvão, etc. eram importantes mesmo naquela época. Eles terão um peso ainda maior no século 21. Além disso, acrescentou-se a necessidade de territórios para o descarte de resíduos radioativos e outros. As guerras - quentes e frias - assumem uma dimensão ecológica. Muitos eventos da história moderna, como o colapso da União Soviética, são percebidos de uma nova maneira, se você olhar para eles de uma perspectiva ecológica. Uma civilização pode não apenas conquistar outra, mas usá-la para fins egoístas do ponto de vista ecológico. Isso será colonialismo ecológico. É assim que as questões políticas, sociais e ambientais se entrelaçam.

2.5. Lei básica da ecologia

Uma das principais conquistas da ecologia foi a descoberta de que não apenas organismos e espécies se desenvolvem, mas também ecossistemas. A sequência de comunidades que se substituem em uma determinada área é chamada de sucessão. A sucessão ocorre como resultado de uma mudança no ambiente físico sob a ação da comunidade, ou seja, é controlado por ela. A substituição de espécies nos ecossistemas se dá pelo fato de que as populações, buscando modificar o ambiente, criam condições favoráveis para outras populações; isso continua até que um equilíbrio seja alcançado entre os componentes bióticos e abióticos. O desenvolvimento dos ecossistemas é, em muitos aspectos, semelhante ao desenvolvimento de um organismo individual e, ao mesmo tempo, semelhante ao desenvolvimento da biosfera como um todo.

A sucessão no sentido energético está associada a uma mudança fundamental no fluxo de energia para um aumento na quantidade de energia destinada à manutenção do sistema. A sucessão consiste em fases de crescimento, estabilização e menopausa. Eles podem ser distinguidos com base no critério de produtividade: no primeiro estágio, a produção cresce ao máximo, no segundo permanece constante, no terceiro diminui a zero à medida que o sistema se degrada.

O mais interessante é a diferença entre sistemas em crescimento e maduros, que pode ser resumida na tabela a seguir.

tabela 1Diferenças entre os estágios de sucessão

Preste atenção à relação inversa entre entropia e informação, e também ao fato de que o desenvolvimento dos ecossistemas está no sentido de aumentar sua sustentabilidade, alcançada através do aumento da diversidade. Estendendo esta conclusão para toda a biosfera, obtemos a resposta à pergunta por que são necessários 2 milhões de espécies. Pode-se pensar (como se acreditava antes do surgimento da ecologia) que a evolução leva à substituição de algumas espécies menos complexas por outras, até o homem como coroa da natureza. Tipos menos complexos, tendo dado lugar a outros mais complexos, tornam-se desnecessários. A ecologia destruiu esse mito conveniente para os humanos. Agora está claro por que é perigoso, como faz o homem moderno, reduzir a diversidade da natureza.

Comunidades de uma e até duas espécies são muito instáveis. A instabilidade significa que podem ocorrer grandes flutuações na densidade populacional. Esta circunstância determina a evolução do ecossistema para um estado maduro. No estágio maduro, a regulação por feedback aumenta, que visa manter a estabilidade do sistema.

A alta produtividade dá baixa confiabilidade - esta é outra formulação da lei básica da ecologia, da qual segue a seguinte regra: "a eficiência ideal é sempre menor que a máxima". A diversidade, de acordo com a lei básica da ecologia, está diretamente relacionada à sustentabilidade. No entanto, ainda não se sabe até que ponto essa relação é causal.

A direção da evolução da comunidade leva a um aumento da simbiose, à preservação de substâncias biogênicas e a um aumento na estabilidade e no conteúdo da informação. A estratégia geral "visa alcançar uma estrutura orgânica tão extensa e diversificada quanto possível dentro dos limites estabelecidos pelo influxo de energia disponível e pelas condições físicas prevalecentes de existência (solo, água, clima, etc.)" (Yu. Odum. Fundamentos ... pág. 332).

A estratégia ecossistêmica é “a maior proteção”, a estratégia humana é “produção máxima”. A sociedade procura obter o máximo rendimento do território desenvolvido e, para atingir seu objetivo, cria ecossistemas artificiais, e também retarda o desenvolvimento de ecossistemas nos estágios iniciais de sucessão, onde o máximo rendimento pode ser colhido. Os próprios ecossistemas tendem a se desenvolver na direção de alcançar a máxima estabilidade. Os sistemas naturais requerem baixa eficiência para manter a produção máxima de energia, crescimento rápido e alta estabilidade. Ao reverter o desenvolvimento dos ecossistemas e, assim, trazê-los para um estado instável, uma pessoa é forçada a manter a "ordem" no sistema, e os custos disso podem exceder os benefícios obtidos pela transferência do ecossistema para um estado instável. Qualquer aumento na eficiência de um ecossistema por humanos leva a um aumento no custo de manutenção, até certo limite, quando um aumento adicional na eficiência não é lucrativo devido a um aumento muito grande nos custos. Assim, é necessário alcançar não o máximo, mas a eficiência ótima dos ecossistemas, para que um aumento em sua produtividade não leve à perda de estabilidade e o resultado seja economicamente justificado.

Em ecossistemas estáveis, as perdas de energia que passam por eles são grandes. E ecossistemas que perdem menos energia (sistemas com menos níveis tróficos) são menos resilientes. Que sistemas devem ser desenvolvidos? É necessário determinar uma variante ótima na qual o ecossistema seja suficientemente estável e, ao mesmo tempo, a perda de energia não seja muito grande.

Como mostram a história da atividade de transformação humana e a ciência da ecologia, todas as opções extremas, via de regra, não são as melhores. Em relação às pastagens, tanto o “sobrepastoreio” (levando, segundo os cientistas, a morte das civilizações) quanto o “subpastoreio” do gado são ruins. Este último ocorre porque, na ausência do consumo direto de plantas vivas, os detritos podem se acumular mais rapidamente do que são decompostos pelos microrganismos, o que retarda a circulação de minerais.

Este exemplo se presta a considerações mais gerais. O impacto humano no ambiente natural é muitas vezes acompanhado por uma diminuição da diversidade na natureza. Com isso, consegue-se a maximização da colheita e o aumento das possibilidades de manejo dessa parte da natureza. De acordo com a lei da diversidade necessária formulada na cibernética, a humanidade tem duas opções para aumentar a capacidade de gerenciar o ambiente natural: ou reduzir a diversidade nele, ou aumentar sua diversidade interna (desenvolvimento da cultura, melhorando as qualidades mentais e psicossomáticas dos a própria pessoa). A segunda maneira é, obviamente, preferível. A diversidade na natureza é uma necessidade, não apenas um tempero para a vida. A facilidade da primeira maneira é enganosa, embora seja amplamente utilizada. A questão é até que ponto um aumento na capacidade de gerenciar ecossistemas reduzindo a diversidade na natureza compensa uma diminuição na capacidade de autorregulação dos ecossistemas. Novamente, um ótimo deve ser encontrado entre as necessidades de manejo no momento e as necessidades de manter a diversidade no ambiente natural.

O problema de otimizar a relação entre o homem e o ambiente natural tem outro aspecto importante. A prática da atividade humana de transformação da natureza confirma a posição de que existe uma estreita relação entre as mudanças no ambiente natural e as humanas. Portanto, o problema de gerenciar o ambiente natural pode ser considerado, em certo sentido, como o problema de gerenciar a evolução biológica do homem por meio de mudanças no ambiente natural. O homem moderno pode influenciar sua biologia tanto geneticamente (engenharia genética) quanto ecologicamente (por meio de mudanças no ambiente natural). A presença de uma conexão entre os processos ecológicos e os processos de evolução biológica humana exige que o problema ecológico também seja considerado do ponto de vista de como queremos ver o homem do futuro. Esta área é muito excitante para cientistas e escritores de ficção científica, mas não apenas problemas técnicos, mas também sociais e morais surgem aqui.

Otimização é um termo científico e técnico. Mas é possível encontrar uma solução para os problemas discutidos acima no âmbito exclusivamente da ciência e da tecnologia? Não, a própria ciência e tecnologia devem ter diretrizes culturais e sociais gerais, que são concretizadas por elas. Na resolução de problemas de otimização, a ciência e a tecnologia são uma espécie de ferramenta e, antes de usá-la, é preciso decidir como e com que finalidade usá-la.

Mesmo casos aparentemente simples de cálculo das opções ideais para usar, digamos, um recurso dependem de qual critério de otimização é usado. K. Watt descreve um exemplo de otimização de um sistema de bacia hidrográfica, segundo o qual há um esgotamento completo dos recursos no menor tempo possível (K. Watt. Ecologia e gestão dos recursos naturais. M., 1971, p. 412) . O exemplo mostra a importância do critério de otimização. Mas este último depende de prioridades e são diferentes para diferentes grupos sociais. É bastante compreensível que os critérios sejam especialmente diferentes quando se trata de otimizar a evolução biológica do próprio homem (mais ou menos firmemente um critério bastante vago de otimização pode ser nomeado - a preservação e o desenvolvimento da biosfera e da raça humana).

Na natureza, existem, por assim dizer, forças naturais de estratificação que levam à complexidade dos ecossistemas e à criação de uma diversidade cada vez maior. Agir contra essas forças empurra os ecossistemas para trás. A diversidade cresce naturalmente, mas não qualquer, mas integrada. Se uma espécie entra em um ecossistema, ela pode destruir sua estabilidade (como uma pessoa faz agora), se não estiver integrada a ele. Há aqui uma analogia interessante entre o desenvolvimento de um ecossistema e o desenvolvimento de um organismo e da sociedade humana.

2.6. Algumas outras leis e princípios importantes para a ecologia

Entre as leis da natureza, existem leis de tipo determinístico comuns na ciência, que regulam estritamente a relação entre os componentes de um ecossistema, mas a maioria são leis como tendências que não funcionam em todos os casos. Assemelham-se, em certo sentido, às leis legais, que não impedem o desenvolvimento da sociedade se forem ocasionalmente violadas por um certo número de pessoas, mas impedem o desenvolvimento normal se as violações se tornarem massivas. Há também leis-aforismos que podem ser atribuídos ao tipo de leis como restrição da diversidade:

1. A lei da emergência: o todo sempre tem propriedades especiais que suas partes não possuem.

2. A lei da diversidade necessária: um sistema não pode ser constituído por elementos absolutamente idênticos, mas pode ter uma organização hierárquica e níveis integrativos.

3. A lei da irreversibilidade da evolução: um organismo (população, espécie) não pode retornar ao seu estado anterior, realizado na série de seus ancestrais.

4. A lei da complicação da organização: o desenvolvimento histórico dos organismos vivos leva à complicação de sua organização pela diferenciação de órgãos e funções.

5. A lei biogenética (E. Haeckel): a ontogenia de um organismo é uma breve repetição da filogênese de uma determinada espécie, ou seja, um indivíduo em seu desenvolvimento repete de forma abreviada o desenvolvimento histórico de sua espécie.

6. A lei do desenvolvimento desigual de partes do sistema: sistemas do mesmo nível de hierarquia não se desenvolvem estritamente de forma síncrona - enquanto alguns atingem um estágio mais alto de desenvolvimento, outros permanecem em um estado menos desenvolvido. Esta lei está diretamente relacionada com a lei da variedade necessária.

7. A lei da conservação da vida: a vida só pode existir no processo de movimento através do corpo vivo do fluxo de substâncias, energia, informação.

8. Princípio da manutenção da ordem (I. Prigogine): em sistemas abertos, a entropia não aumenta, mas diminui até atingir um valor mínimo constante, que é sempre maior que zero.

9. O princípio de Le Chatelier-Brown: quando uma influência externa tira o sistema de um estado de equilíbrio estável, esse equilíbrio se desloca na direção em que o efeito da influência externa é enfraquecido. Este princípio dentro da biosfera é violado pelo homem moderno. “Se no final do século passado ainda havia um aumento da produtividade biológica e da biomassa em resposta ao aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera, então desde o início do nosso século esse fenômeno não foi detectado. Pelo contrário, a biota emite dióxido de carbono e sua biomassa diminui automaticamente” (N. F. Reimers. Nadezhdy... p. 55).

10. O princípio da economia de energia (L. Onsager): com a probabilidade do desenvolvimento do processo em um determinado conjunto de direções permitidas pelos princípios da termodinâmica, realiza-se aquela que fornece o mínimo de dissipação de energia.

11. A lei da maximização da energia e da informação: o sistema mais propício ao recebimento, produção e uso eficiente de energia e informação tem maior chance de autopreservação; a ingestão máxima de uma substância não garante o sucesso do sistema na luta competitiva.

12. Lei periódica de zoneamento geográfico de A. A. Grigorieva - N. N. Budyko: com a mudança das zonas físicas e geográficas da Terra, zonas de paisagem semelhantes e algumas propriedades comuns se repetem periodicamente, ou seja, em cada zona - subártica, temperada, subtropical, tropical e equatorial - há uma mudança de zonas de acordo com o esquema: florestas? estepe? deserto.

13. A lei do desenvolvimento de sistemas às custas do meio ambiente: qualquer sistema só pode se desenvolver através do uso das capacidades materiais, energéticas e informacionais de seu ambiente; o autodesenvolvimento absolutamente isolado é impossível.

14. O princípio da refração do fator atuante na hierarquia dos sistemas: o fator atuante no sistema é refratado por toda a hierarquia de seus subsistemas. Devido à presença de "filtros" no sistema, esse fator é enfraquecido ou aprimorado.

15. A regra de atenuação dos processos: com o aumento do grau de equilíbrio com o ambiente ou homeostase interna (no caso de isolamento do sistema), os processos dinâmicos no sistema decaem.

16. A lei da unidade física e química da matéria viva por V. I. Vernadsky: toda matéria viva da Terra é física e quimicamente uma, o que não exclui diferenças biogeoquímicas.

17. Regra termodinâmica de van't Hoff - Arrhenius: o aumento da temperatura em 10°C leva a uma aceleração de dois a três vezes nos processos químicos. Daí o perigo de um aumento de temperatura devido à atividade econômica do homem moderno.

18. A regra de Schrödinger "sobre nutrição" do organismo com entropia negativa: a ordem do organismo é maior do que o ambiente, e o organismo dá mais desordem a este ambiente do que recebe. Esta regra se correlaciona com o princípio de Prigogine de manter a ordem.

19. Regra de aceleração da evolução: com o crescimento da complexidade da organização dos biossistemas, a duração da existência de uma espécie em média diminui e a taxa de evolução aumenta. A vida média de uma espécie de ave é de 2 milhões de anos e a de uma espécie de mamífero é de 800 mil anos. O número de espécies extintas de aves e mamíferos em comparação com seu número total é grande.

20. O princípio da pré-adaptação genética: a capacidade de adaptação nos organismos é inerente e devida à inesgotabilidade prática do código genético. Variantes necessárias para a adaptação são sempre encontradas na diversidade genética.

21. A regra da origem de novas espécies de ancestrais não especializados: novos grandes grupos de organismos não se originam de representantes especializados de ancestrais, mas de seus grupos relativamente não especializados.

22. Princípio da divergência de Darwin: a filogenia de qualquer grupo é acompanhada por sua divisão em vários troncos filogenéticos, que divergem em diferentes direções adaptativas do estado inicial médio.

23. O princípio da especialização progressiva: um grupo que envereda pelo caminho da especialização, via de regra, em seu desenvolvimento posterior, seguirá o caminho de uma especialização cada vez mais profunda.

24. A regra de maiores chances de extinção de formas profundamente especializadas (O. Marsh): formas mais especializadas morrem mais rapidamente, cujas reservas genéticas para adaptação posterior são reduzidas.

25. A lei do aumento do tamanho (altura) e peso (massa) dos organismos no ramo filogenético. "NO. I. Vernadsky formulou esta lei da seguinte forma: “À medida que o tempo geológico avança, as formas sobreviventes aumentam seu tamanho (e, consequentemente, seu peso) e depois morrem”. Isso acontece porque quanto menores os indivíduos, mais difícil é para eles resistirem aos processos de entropia (levando a uma distribuição uniforme de energia), para organizar regularmente fluxos de energia para a execução de funções vitais. Evolutivamente, o tamanho dos indivíduos aumenta, portanto (embora seja um fenômeno morfofisiológico muito persistente em um curto intervalo de tempo) ”(N.F. Reimers. Nadezhdy ... p. 69).

26. Cap. O axioma da adaptabilidade de Darwin: cada espécie é adaptada a um conjunto de condições de existência estritamente definido e específico para ela.

27. Regra ecológica de S. S. Schwartz: cada mudança nas condições de existência, direta ou indiretamente, causa mudanças correspondentes nas formas de implementar o equilíbrio energético do organismo.

28. A lei da relativa independência de adaptação: alta adaptabilidade a um dos fatores ambientais não confere o mesmo grau de adaptação a outras condições de vida (pelo contrário, pode limitar essas possibilidades devido às características fisiológicas e morfológicas dos organismos) .

29. A lei da unidade "organismo - ambiente": a vida se desenvolve como resultado de uma constante troca de matéria e informação baseada no fluxo de energia na unidade total do ambiente e dos organismos que o habitam.

30. A regra de conformidade das condições ambientais com a predestinação genética do organismo: uma espécie pode existir enquanto e na medida em que seu ambiente corresponda às possibilidades genéticas de adaptação dessa espécie às suas flutuações e mudanças.

31. A lei da máxima energia biogênica (entropia) de V. I. Vernadsky - E. S. Bauer: qualquer sistema biológico ou bioinerte, estando em equilíbrio dinâmico com o meio ambiente e desenvolvendo-se evolutivamente, aumenta seu impacto no meio ambiente, se isso não for impedido por fatores externos.

32. A lei da pressão do ambiente de vida, ou crescimento limitado (C. Darwin): existem restrições que impedem a prole de um par de indivíduos, multiplicando-se exponencialmente, de capturar todo o globo.

33. O princípio do tamanho populacional mínimo: existe um tamanho populacional mínimo abaixo do qual sua população não pode cair.

34. A regra de representação de um gênero por uma espécie: em condições homogêneas e em uma área limitada, um gênero taxonômico, via de regra, é representado por apenas uma espécie. Aparentemente, isso se deve à proximidade dos nichos ecológicos de espécies do mesmo gênero.

35. A. Regra de Wallace: à medida que você se move do norte para o sul, a diversidade de espécies aumenta. A razão é que as biocenoses do norte são historicamente mais jovens e estão em condições de menos energia do Sol.

36. A lei do esgotamento da matéria viva em suas concentrações insulares (G. F. Khilmi): “um sistema individual operando em um ambiente com um nível de organização inferior ao nível do próprio sistema está condenado: gradualmente perdendo estrutura, o sistema se dissolverá no ambiente depois de algum tempo” (G.F. Khilmi. Fundamentos da Física da Biosfera. L., 1966, p. 272). Isso leva a uma conclusão importante para as atividades ambientais humanas: a preservação artificial de pequenos ecossistemas (em uma área limitada, como uma reserva natural) leva à sua destruição gradual e não garante a conservação de espécies e comunidades.

37. A lei da pirâmide de energias (R. Lindemann): de um nível trófico da pirâmide ecológica passa para outro nível superior, em média, cerca de 10% da energia recebida no nível anterior. O fluxo reverso dos níveis mais altos para os mais baixos é muito mais fraco - não mais que 0,5-0,25% e, portanto, não é necessário falar sobre o ciclo de energia na biocenose.

38. A regra da amplificação biológica: ao passar para um nível mais alto da pirâmide ecológica, o acúmulo de várias substâncias, inclusive tóxicas e radioativas, aumenta aproximadamente na mesma proporção.

39. A regra da duplicação ecológica: uma espécie extinta ou destruída dentro de um nível da pirâmide ecológica substitui outra, semelhante de acordo com o esquema: uma pequena substitui uma grande, uma menos organizada - uma mais altamente organizada, mais geneticamente lábil e mutável - menos variável geneticamente. Os indivíduos são esmagados, mas a quantidade total de biomassa aumenta, pois os elefantes nunca darão a mesma biomassa e produção por unidade de área que os gafanhotos e invertebrados ainda menores podem dar.

40. A regra da confiabilidade biocenótica: a confiabilidade de uma biocenose depende de sua eficiência energética em determinadas condições ambientais e da possibilidade de reestruturação estrutural e funcional em resposta a mudanças nas influências externas.

41. A regra do preenchimento obrigatório de nichos ecológicos: um nicho ecológico vazio é sempre e necessariamente preenchido naturalmente (“a natureza não tolera o vazio”).

42. A regra do ecótono, ou efeito de borda: nas junções das biocenoses, o número de espécies e indivíduos nelas aumenta, à medida que aumenta o número de nichos ecológicos devido ao surgimento de novas propriedades sistêmicas nas junções.

43. A regra de adaptação mútua de organismos na biocenose de K. Möbius - G. F. Morozov: as espécies na biocenose são adaptadas umas às outras para que sua comunidade seja internamente contraditória, mas um todo único e interconectado.

44. O princípio da formação do ecossistema: a existência de organismos a longo prazo só é possível no âmbito dos sistemas ecológicos, onde os seus componentes e elementos se complementam e se adaptam mutuamente.

45. A lei da desaceleração sucessional: processos que ocorrem em ecossistemas maduros em equilíbrio que estão em estado estável, em regra, tendem a desacelerar.

46. A regra da energia máxima para manter um sistema maduro: a sucessão vai na direção de uma mudança fundamental no fluxo de energia no sentido de aumentar sua quantidade, visando a manutenção do sistema.

47. A lei do autodesenvolvimento histórico dos biossistemas (E. Bauer): o desenvolvimento dos sistemas biológicos é o resultado de um aumento em seu trabalho externo - o impacto desses sistemas no meio ambiente.

48. A regra da constância do número de espécies na biosfera: o número de espécies emergentes é em média igual ao número de espécies extintas, e a diversidade total de espécies na biosfera é constante. Esta regra é verdadeira para a biosfera formada.

49. A regra da pluralidade de ecossistemas: a pluralidade de ecossistemas que interagem competitivamente é indispensável para manter a confiabilidade da biosfera.

Destas leis ambientais, decorrem conclusões que são justas para o sistema "homem - ambiente natural". Eles se referem ao tipo de lei como uma restrição da diversidade, ou seja, impõem restrições à atividade transformadora da natureza do homem.

1. A regra do crescimento histórico da produção devido ao rejuvenescimento sucessório dos ecossistemas. Essa regra, em essência, decorre da lei básica da ecologia e agora deixa de funcionar, pois o homem assim tirou tudo o que pôde da natureza.

2. Lei do bumerangue: tudo o que é extraído da biosfera pelo trabalho humano deve ser devolvido a ela.

3. A lei da indispensabilidade da biosfera: a biosfera não pode ser substituída por um ambiente artificial, assim como, digamos, novos tipos de vida não podem ser criados. Uma pessoa não pode construir uma máquina de movimento perpétuo, enquanto a biosfera é praticamente uma máquina de movimento "perpétuo".

4. A lei da diminuição da fertilidade natural: "devido à constante retirada de culturas e, portanto, de matéria orgânica e elementos químicos do solo, violação dos processos naturais de formação do solo, bem como a monocultura de longo prazo como resultado da acúmulo de substâncias tóxicas liberadas pelas plantas (auto-envenenamento do solo), em terras cultivadas há uma diminuição da fertilidade natural dos solos ... a mesma quantidade de terra desapareceu completamente da circulação agrícola intensiva como agora é cultivada (nos anos 80, cerca de 7 milhões de hectares foram perdidos por ano)” (N.F. Reimers. Hopes... pp. 160–161). A segunda interpretação da lei da diminuição da fertilidade natural é dada no capítulo 1: cada adição sucessiva de qualquer fator benéfico ao corpo produz um efeito menor do que o resultado obtido com a dose anterior do mesmo fator.

5. A lei do couro shagreen: o potencial global inicial de recursos naturais é continuamente esgotado ao longo do desenvolvimento histórico. Isso decorre do fato de que atualmente não há recursos fundamentalmente novos que possam aparecer. “Para a vida de cada pessoa por ano, são necessárias 200 toneladas de substâncias sólidas, que ele, com a ajuda de 800 toneladas de água e uma média de 1000 W de energia, transforma em um produto útil para si mesmo” (Ibid., página 163). Tudo isso o homem tira do que já está na natureza.

6. O princípio da incompletude da informação: “a informação ao realizar ações de transformação e, em geral, qualquer mudança de natureza é sempre insuficiente para um julgamento a priori sobre todos os resultados possíveis de tais ações, especialmente no longo prazo, quando todas as reações em cadeia naturais se desenvolvem” (Ibid., p. 168).

7. O princípio do bem-estar enganoso: os primeiros sucessos no cumprimento do objetivo para o qual o projeto foi concebido criam uma atmosfera de complacência e fazem você esquecer possíveis consequências negativas que ninguém espera.

8. O princípio do afastamento do evento: os descendentes inventarão algo para evitar possíveis consequências negativas.

A questão de até que ponto as leis da ecologia podem ser transferidas para a relação do homem com o meio ambiente permanece em aberto, uma vez que o homem é diferente de todas as outras espécies. Por exemplo, na maioria das espécies, a taxa de crescimento populacional diminui com o aumento da densidade populacional; em humanos, pelo contrário, o crescimento populacional neste caso acelera. Portanto, alguns dos mecanismos reguladores da natureza estão ausentes em humanos, e isso pode servir de motivo adicional para o otimismo tecnológico em alguns, e para os pessimistas ambientais, testemunhar o perigo de tal catástrofe, impossível para qualquer outra espécie.

3.1. "A Lei do Mínimo" de J. Liebig

limitando Lei do mínimo de Liebig.

Limites de tolerância. Junto com a conclusão de que "o crescimento das plantas depende do elemento nutriente que está presente em quantidade mínima", que se tornou a base da "lei do mínimo" de Liebig, J. Liebig apontou para o intervalo indicadores limitantes. Constatou-se que não só a falta, mas também o excesso de fatores como luz, calor e água podem ser um fator limitante. O conceito de influência limitante do máximo ecológico, juntamente com o mínimo, foi introduzido por W. Shelford (1913), que formulou a “lei da tolerância”. O intervalo entre dois valores, o mínimo ecológico e o máximo ecológico, que é caracterizado de uma forma ou de outra por todos os organismos vivos foi denominado limite de tolerância(do lat. toleratia - paciência, tolerância). Se um determinado organismo tem uma pequena faixa de tolerância a um dos fatores variáveis, então esse fator merece muita atenção, pois pode ser limitante. Por exemplo, o oxigênio, que está bastante disponível para os organismos que vivem nas partes terrestres dos ecossistemas, raramente pode ser limitante. Considerando que para os organismos que vivem debaixo d'água, o oxigênio pode se tornar um importante fator limitante. No caso de um estreitamento extremo da faixa de tolerância, um organismo vivo pode gastar toda a sua energia metabólica na superação do estresse associado à diminuição dos limites do fator limitante e morrer por falta de energia para a atividade normal da vida. Se um urso polar, devido a algumas circunstâncias, for movido para climas mais quentes, ele terá que gastar toda a sua energia metabólica para superar o estresse térmico, e o animal não terá energia suficiente para obter comida e preservar sua espécie na natureza.

O conceito de fatores limitantes em geral se estende amplamente tanto aos fatores biológicos quanto aos físicos, e apresentar tudo o que se sabe sobre esse assunto exigiria uma grande quantidade de trabalho impresso, o que está além do escopo deste livro. No entanto, tendo em vista que o engenheiro ambiental tem que lidar com fatores físicos com mais frequência, listaremos brevemente os principais fatores físicos e climáticos.

"A Lei do Mínimo" de J. Liebig

Cada indivíduo, população, comunidade é afetado simultaneamente por vários fatores, mas apenas alguns deles são vitais. Esses fatores vitais são chamados limitando. Na maioria das vezes, pelo menos um fator está fora do ótimo. E a possibilidade da existência de uma espécie em determinado local depende desse fator. Em 1840, J. Liebig estabeleceu que a resistência de um organismo é determinada pelo elo mais fraco da cadeia de suas necessidades ambientais. É sua prioridade estudar os vários fatores no crescimento das plantas e descobrir que os rendimentos das plantas podem ser aumentados de maneira mais eficaz melhorando o fator mínimo (geralmente aumentando a quantidade de N e P), em vez dos nutrientes necessários em grandes quantidades. , como, por exemplo, dióxido de carbono ou água. Substâncias que são necessárias em menores quantidades, mas que são muito poucas no solo, como o zinco, essas substâncias tornam-se limitantes. O conceito de Liebig de que "o crescimento de uma planta depende daquele elemento nutriente presente em menor quantidade" ficou conhecido como Lei do mínimo de Liebig.

Para a aplicação bem sucedida do conceito de Liebig, dois princípios auxiliares devem ser adicionados a ele: o primeiro é restritivo ("a lei de Liebig é estritamente aplicável apenas em um estado estacionário, ou seja, quando o fluxo de entrada e saída de energia e matéria estão equilibrados"); o segundo é o princípio da interação de fatores, que afirma que "uma alta concentração ou disponibilidade de uma substância ou a ação de outro fator (não mínimo) pode alterar a taxa de consumo de um nutriente contido em uma quantidade mínima".

Para um engenheiro ambiental, o conceito de fatores limitantes é valioso na medida em que fornece um ponto de partida no estudo de situações complexas no sistema "homem - tecnologia - natureza". As relações entre os elementos de tal sistema podem ser bastante complexas. No processo de resolução de problemas de novos equipamentos e tecnologias, um especialista pode destacar prováveis fraquezas e focar, pelo menos no início, naquelas características do ambiente que podem vir a ser críticas ou limitantes.

Lei do mínimo de Liebig em ecologia (com exemplos)

Neste artigo, entenderemos brevemente o que é a lei do mínimo de Liebig, uma das leis fundamentais da ecologia. Outro nome para esta lei é a lei do fator limitante (limitante). Também no final do artigo estão alguns exemplos ilustrativos que ilustram a lei do mínimo.

Lei do mínimo de Liebig. Um pouco de história

A lei do mínimo foi formulada pelo químico alemão Justus von Liebig. em 1840.

O cientista estava envolvido principalmente no estudo das condições para a sobrevivência das plantas na agricultura. Ele tentou entender em que ponto é necessário aplicar certas adições químicas para melhorar a sobrevivência das plantas.

Como resultado de sua pesquisa, von Liebig formulou uma lei que mais tarde se mostrou verdadeira não apenas para a agricultura, mas para todos os sistemas ecológicos e organismos vivos.

A lei do fator limitante (limitante).

A essência da lei do mínimo de Liebig

Existem diferentes formulações desta lei. Mas a essência da lei do mínimo (ou a lei do fator limitante) pode ser formulada da seguinte forma:

A vida de um organismo depende de muitos fatores. Mas, o mais significativo em um determinado momento é o fator que é mais vulnerável.

Em outras palavras, se algum dos fatores do corpo se desvia significativamente da norma, esse fator é o mais significativo, o mais crítico para a sobrevivência do organismo em um determinado momento.

É importante entender que, para o mesmo organismo em momentos diferentes, esses fatores criticamente importantes (ou limitantes) podem ser fatores completamente diferentes.

O mesmo raciocínio se aplica a ecossistemas inteiros. Neste momento, por exemplo, a falta de alimentos pode se tornar um fator limitante. Em outro momento - a quantidade de comida será normal, mas o fator limitante será a temperatura ambiente (muito alta ou muito baixa).

Resumindo o exposto, podemos formular a lei da seguinte forma.

A lei do mínimo de Liebig é:

Para a sobrevivência de um organismo (ou ecossistema), o mais significativo é o fator ambiental,

qual é o mais afastado (desvia) do seu valor ótimo.

Liebig barril

Antes de passar aos exemplos, vale a pena considerar o desenho do chamado barril Liebig.

Neste barril meio quebrado - a altura da placa é o fator limitante. Obviamente, a água transbordará sobre a menor prancha do barril. Nesse caso, a altura das tábuas restantes não será mais importante para nós - ainda será impossível encher o barril.

A menor placa é o fator que mais desviou do valor normal.

De acordo com a lei do mínimo de Liebig, o reparo do barril deve ser iniciado a partir desta placa.

Lei do mínimo de Liebig. Exemplos

Existe um provérbio: “Onde é fino, quebra” - em geral, transmite a essência principal da lei de Liebig. Mas, vamos dar alguns exemplos de áreas completamente diferentes.

Um exemplo da agricultura

Existem solos onde não há fósforo suficiente - então você precisa alimentar fertilizantes com fósforo. Mas, em outros momentos, são necessários fertilizantes com cálcio. etc.

Um exemplo selvagem

No inverno, o fator limitante para uma lebre é a comida. No verão - você precisa escapar do lobo, embora haja muita comida.

Exemplo esportivo da lei do mínimo

No futebol: se o lateral esquerdo do time é o mais fraco, então pelo flanco esquerdo o time tem mais chances de sofrer um gol.

Assim, a lei do mínimo de Liebig é uma lei universal ecológica e da vida.

Informação adicional:

Leis da Ecologia do Commoner - Leia sobre as quatro leis básicas da ecologia do Commoner.

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1. A lei do Yu mínimo. Liebig.

Em 1840, o químico alemão Justus Liebig, enquanto cultivava plantas em meios sintéticos, descobriu que um certo número e quantidade de elementos químicos e compostos são necessários para o crescimento normal de uma planta. Alguns deles devem estar no ambiente em quantidades muito grandes, outros em pequenas quantidades e ainda outros em geral na forma de vestígios. E, o que é especialmente importante: alguns elementos não podem ser substituídos por outros. Um meio contendo todos os elementos em abundância, exceto um, garante o crescimento da planta apenas até o momento em que a quantidade deste último se esgote. O crescimento é, portanto, limitado pela escassez de um único elemento, cuja quantidade estava abaixo do mínimo exigido. Essa lei, formulada por J. Liebig em relação ao papel dos fatores químicos edáficos na vida das plantas e chamada por ele de lei do mínimo, tem, como se viu mais tarde, um caráter ecológico universal e desempenha um papel importante na ecologia.

A Lei do Mínimo: Se todas as condições ambientais forem favoráveis ao organismo em questão, com exceção de uma que se manifeste insuficientemente (cujo valor se aproxima do mínimo ecológico), então, neste caso, esta última condição, chamada de fator limitante, torna-se decisiva pela vida ou morte do organismo em questão e, portanto, sua presença ou ausência em um determinado ecossistema”.

2. Lei da tolerância de Shelford.

Em 1913, o ecologista americano W. Shelford generalizou a lei do mínimo de Liebig, descobrindo que, além do limite inferior de intensidade, existe também um limite superior da intensidade dos fatores ambientais, que determina o limite superior da faixa de intensidade correspondendo às condições de vida normal dos organismos. Nessa formulação, a lei, chamada de lei ecológica da tolerância, passou a ter um caráter universal mais geral.

A lei da tolerância (lat. tolerância- paciência): “Cada organismo é caracterizado por um mínimo ecológico e um máximo ecológico da intensidade de cada fator ambiental, dentro do qual a atividade da vida é possível.”

A faixa do fator ambiental entre o mínimo e o máximo é chamada de faixa ou área de tolerância.

Apesar da grande variedade de fatores ambientais, vários padrões gerais podem ser identificados na natureza de seu impacto e nas respostas dos organismos vivos.

A faixa quantitativa do fator mais favorável à vida é chamada de ótimo ecológico (lat. ótimo -

Os valores do fator situado na zona de opressão são chamados pessimismo ecológico (lat. pessimum- pior).

Os valores mínimo e máximo do fator em que ocorre a morte são chamados respectivamente mínimo ecológico e máximo ecológico .

Graficamente, isso é ilustrado em fig.3-1. A curva na Figura 3-1 geralmente não é simétrica.

Por exemplo, de acordo com um fator como a temperatura, o máximo ecológico corresponde às temperaturas nas quais enzimas e proteínas são destruídas (+50 ¸ +60 °С). No entanto, organismos individuais podem existir em temperaturas mais altas. Assim, nas fontes termais de Komchatka e América, algas foram encontradas em t > +80 °C. O limite de temperatura mais baixo em que a vida é possível é de cerca de -70 ° C, embora os arbustos em Yakutia não congelem mesmo a essa temperatura. Em animação suspensa (gr. anabiose- sobrevivência), ou seja. em estado inativo, alguns organismos persistem no zero absoluto (-273 °C).

Arroz. 3-1. Dependência da atividade vital da intensidade

Podemos formular uma série de disposições que complementam a lei da tolerância:

1. Os organismos podem ter uma ampla faixa de tolerância para um fator ambiental e uma faixa estreita para outro.

2. Organismos com uma ampla faixa de tolerância para a maioria dos fatores são geralmente os mais amplamente distribuídos.

3. Se as condições para um fator ecológico não forem ótimas para uma determinada espécie, então o intervalo de tolerância para outros fatores ecológicos também pode diminuir. Por exemplo, quando o teor de nitrogênio no solo está próximo do mínimo, a resistência à seca dos cereais diminui.

4. Durante a época de reprodução, o intervalo de tolerância tende a diminuir.

Organismos com uma faixa estreita de tolerância, ou espécies altamente adaptadas que podem existir apenas com pequenos desvios do fator em relação ao valor ótimo, são chamados stenobiont, ou stenoeks (gr. estenos- estreito, apertado).

Organismos com uma ampla faixa de tolerância, ou espécies amplamente adaptadas que podem suportar uma grande amplitude de flutuações no fator ambiental, são chamados de eurybiont ou euryek (gr. euros- ampla).

A propriedade dos organismos de se adaptarem à existência em uma gama particular de fatores ambientais é chamada de plasticidade ecológica .

Perto da plasticidade ecológica é o conceito valência ecológica , que é definida como a capacidade de um organismo de povoar uma variedade de ambientes.

Assim, os estenobiontes são ecologicamente não plásticos; não é resistente, tem baixa valência ecológica; os euribiontes, pelo contrário, são ecologicamente plásticos; mais resistentes, e têm uma alta valência ecológica.

Para indicar a relação dos organismos com um fator específico, prefixos são adicionados ao seu nome: muro- e sempre-. Então, em relação à temperatura, existem estetérmico (bétula anã, bananeira) e euritérmico espécies (plantas temperadas); em relação à salinidade - estenohalina (carpa, linguado) e eurialina (etiqueta); em relação ao mundo estenofônico (abeto) e euryfont (rosa mosqueta), etc.

Steno- e eurybiontness manifesta-se, como regra, em relação a um ou alguns fatores. Euribiontes são geralmente difundidos. Muitos eurybionts protozoários (bactérias, fungos, algas) são cosmopolitas. Os estenobiontes, pelo contrário, têm uma área de distribuição limitada. A plasticidade ecológica e a valência ecológica dos organismos geralmente mudam durante a transição de um estágio de desenvolvimento para outro; os juvenis, via de regra, são mais vulneráveis e mais exigentes com as condições ambientais do que os adultos.

Ao mesmo tempo, os organismos não são escravos das condições físicas do ambiente; adaptam-se e alteram as condições ambientais de modo a enfraquecer a influência do fator limitante. Essa compensação de fatores limitantes é especialmente eficaz no nível comunitário, mas também é possível no nível populacional.

Espécies com ampla distribuição geográfica quase sempre formam populações adaptadas às condições locais, chamadas de ecótipos . Seus limites ótimos e de tolerância correspondem às condições locais. O aparecimento de ecótipos às vezes é acompanhado pela fixação genética de propriedades e características adquiridas, ou seja, ao surgimento das raças.

Organismos que vivem por muito tempo em condições relativamente estáveis perdem sua plasticidade ecológica, e aqueles que estavam sujeitos a flutuações significativas do fator tornam-se mais tolerantes a ele, ou seja, aumentar a plasticidade ecológica. Nos animais, a compensação de fatores limitantes é possível devido ao comportamento adaptativo - eles evitam valores extremos de fatores limitantes.

Ao se aproximar de condições extremas, o preço da energia de adaptação aumenta. Se a água superaquecida é despejada em um rio, os peixes e outros organismos gastam quase toda a sua energia para superar esse estresse. Eles não têm energia suficiente para obter alimentos, proteção contra predadores, reprodução, o que leva à extinção.

Assim, os organismos na natureza dependem de:

Lei do mínimo de Liebig

Um organismo vivo em condições naturais é exposto simultaneamente à influência não de um, mas de muitos fatores ambientais. Além disso, qualquer fator é exigido pelo organismo em determinadas quantidades/doses. Liebig estabeleceu que o desenvolvimento de uma planta ou sua condição não depende daqueles elementos químicos que estão presentes no solo em quantidade suficiente, mas daqueles que não são suficientes. Se um

de qualquer, pelo menos um dos nutrientes no solo é menor do que o exigido por essas plantas, então ele se desenvolverá de forma anormal, lenta ou terá desvios patológicos.

Lei do mínimo de J. LIBICH- o conceito de que a existência e a resistência de um organismo são determinadas pelo elo mais fraco da cadeia de suas necessidades ecológicas.
De acordo com a lei do mínimo, as possibilidades vitais dos organismos são limitadas por aqueles fatores ambientais, cuja quantidade e qualidade estão próximas do organismo necessário ou ecossistema.

Lei de Liebig:

A substância presente no mínimo controla o rendimento, determina seu tamanho e estabilidade ao longo do tempo. No início do século 20, um cientista americano Shelford mostrou que uma coisa ou qualquer outra fator, que está presente não apenas em um nível mínimo, mas também em excesso em relação ao nível exigido pelo organismo, pode levar a consequências indesejáveis para o organismo. Exemplo: se você colocar uma planta/animal em uma câmara experimental e medir a temperatura do ar nela, o estado do organismo mudará.

Ao mesmo tempo, algum nível melhor e ideal desse fator para o organismo é revelado, no qual a atividade (estado fisiológico) será máxima. Se diferentes fatores se desviarem do ótimo para cima/para baixo, a atividade diminuirá. Ao atingir um determinado valor max/min, o fator se tornará incompatível com os processos vitais, ocorrerão mudanças no corpo, levando à morte. Resultados semelhantes podem ser obtidos em experimentos com mudanças na umidade, conteúdo de vários sais na água, acidez, concentração de várias substâncias, etc.

Quanto maior a amplitude da flutuação do fator em que o organismo pode reduzir a viabilidade, maior a sua estabilidade. tolerância) para um fator ou outro. De todos os itens acima segue:

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lei de Liebig

Definição 1

As regras do mínimo são um dos princípios que determinam o papel do fator ambiental na distribuição e número de organismos.

O efeito relativo de alguns fatores ambientais é tanto mais forte quanto mais sua deficiência é sentida em comparação com outros. Formulado por G.O. Liebig (1840) a lei aplicada às culturas agrícolas - quaisquer organismos vivos precisam não apenas de substâncias orgânicas e minerais, umidade, temperatura ou quaisquer outros fatores, mas seu regime.

As reações dos organismos dependem do número de fatores. Além disso, os organismos vivos em condições naturais estão expostos a vários fatores ambientais (tanto bióticos quanto abióticos) simultaneamente. A planta precisa de uma quantidade significativa de nutrientes e umidade (potássio, nitrogênio, fósforo) e, ao mesmo tempo, em quantidades relativamente "insignificantes" de um elemento como o molibdênio (boro).

Qualquer espécie de animal ou planta tem uma seletividade distinta para a composição dos alimentos: cada planta precisa de um determinado elemento mineral. Todos os tipos de animais são exigentes à sua maneira para a qualidade dos alimentos. Para existir favoravelmente e se desenvolver normalmente, os organismos devem ter todo o conjunto de fatores necessários no modo ótimo e em quantidade suficiente.

O fato de que a limitação das doses (ou ausência) de qualquer uma das substâncias necessárias às plantas, que pertencem tanto aos micro quanto aos macro elementos, leva aos mesmos resultados de retardo de crescimento, foi descoberto e estudado pelo químico alemão, fundador da agricultura química, Eustace von Liebig. As regras formuladas por ele são chamadas de lei do mínimo de Liebig: o tamanho das colheitas é determinado pelo número nos solos desses nutrientes, as necessidades das plantas em que são menos satisfeitas. Para fazer isso, Liebig descreveu um barril com vazamento, mostrando que o orifício inferior define a quantidade de líquido nele.

Observação 1

A lei do mínimo vale tanto para os animais quanto para as plantas, e abrange também a pessoa que, sob certas condições, tem que usar vitaminas ou água mineral para compensar a falta de algum elemento no organismo.

Esclarecimentos e alterações feitas à lei de Liebig

Posteriormente, uma série de refinamentos foram feitos na lei de Liebig. Uma alteração e adição significativa é a lei da ação seletiva de fatores em diferentes funções do corpo: quaisquer fatores ambientais afetam as funções dos organismos de maneiras diferentes, o ideal para um processo, como a respiração, não será o ideal para outro, como a digestão e vice-versa. Este grupo de refinamentos da lei de Liebig inclui uma regra ligeiramente diferente das reações de fase "prejudicar o benefício": uma pequena concentração de um tóxico afeta os organismos no sentido de aumentar suas funções, enquanto uma concentração mais alta deprime ou até leva à morte do organismo. Esses padrões toxicológicos são válidos para um grande número (por exemplo, a propriedade curativa de pequenas concentrações de veneno de cobra é famosa), mas não para todas as substâncias tóxicas.

Observação 2

A lei de Liebig é uma regra do mínimo, é um dos princípios que determina o papel dos fatores ambientais no desenvolvimento e distribuição dos organismos. Formulado por G.O. Liebig (1840) para colheitas.

De acordo com a lei de Liebig, “uma substância que está no mínimo é controlada pela cultura e o tamanho e a estabilidade desta última no tempo são estabelecidos”. mais tarde essa generalização começou a ser interpretada de forma mais ampla, levando em conta outros fatores ambientais (por exemplo, temperatura, tempo, etc.).

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