Zhrnutie lekcie o ekológii "Bytop a faktory prostredia. Všeobecné vzorce pôsobenia faktorov prostredia na organizmy

Habitat- je to tá časť prírody, ktorá obklopuje živý organizmus a s ktorou priamo interaguje. Zložky a vlastnosti prostredia sú rôznorodé a premenlivé. Každý živý tvor žije v zložitom a meniacom sa svete, neustále sa mu prispôsobuje a riadi svoju životnú činnosť v súlade so svojimi zmenami a spotrebúva hmotu, energiu a informácie prichádzajúce zvonku.

Adaptácie organizmov na ich prostredie sú tzv prispôsobenie. Schopnosť prispôsobiť sa je jednou z hlavných vlastností života vo všeobecnosti, pretože poskytuje samotnú možnosť jeho existencie, schopnosť organizmov prežiť a rozmnožovať sa. Adaptácie sa prejavujú na rôznych úrovniach: od biochémie buniek a správania jednotlivých organizmov až po štruktúru a fungovanie spoločenstiev a ekologických systémov. Adaptácie vznikajú a menia sa počas evolúcie druhov.

Jednotlivé vlastnosti alebo prvky prostredia, ktoré ovplyvňujú organizmy, sa nazývajú faktory prostredia. Faktory prostredia sú rôznorodé. Môžu byť nevyhnutné alebo naopak škodlivé pre živé bytosti, podporovať alebo brániť prežitiu a rozmnožovaniu. Faktory prostredia majú rôznu povahu a špecifické pôsobenie. Faktory prostredia sa delia na abiotické, biotické a antropogénne.

Abiotické faktory- teplota, svetlo, rádioaktívne žiarenie, tlak, vlhkosť vzduchu, soľné zloženie vody, vietor, prúdy, terén - to všetko sú vlastnosti neživého

prírody, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú živé organizmy.

Biotické faktory- to sú formy vzájomného vplyvu živých bytostí. Každý organizmus neustále zažíva priamy alebo nepriamy vplyv iných tvorov, prichádza do kontaktu so zástupcami svojho druhu a iných druhov - rastlín, zvierat, mikroorganizmov, závisí od nich a sám ich ovplyvňuje. Okolitý organický svet je neoddeliteľnou súčasťou životného prostredia každého živého tvora.

Vzájomné spojenia medzi organizmami sú základom pre existenciu biocenóz a populácií; ich úvaha patrí do oblasti synekológie.

Antropogénne faktory- sú to formy činnosti ľudskej spoločnosti, ktoré vedú k zmenám v prírode ako biotopu iných druhov alebo priamo ovplyvňujú ich život. V priebehu ľudskej histórie rozvoj najprv poľovníctva a potom poľnohospodárstva, priemyslu a dopravy výrazne zmenil charakter našej planéty. Význam antropogénnych vplyvov na celý živý svet Zeme stále rýchlo rastie.

Hoci ľudia ovplyvňujú živú prírodu prostredníctvom zmien abiotických faktorov a biotických vzťahov druhov, ľudskú činnosť na planéte treba označiť za zvláštnu silu, ktorá nezapadá do rámca tejto klasifikácie. V súčasnosti je takmer celý osud živého povrchu Zeme a všetkých druhov organizmov v rukách ľudskej spoločnosti a závisí od antropogénneho vplyvu na prírodu.

Ten istý environmentálny faktor má rôzny význam v živote spolužijúcich organizmov rôznych druhov. Napríklad silný vietor v zime je nepriaznivý pre veľké voľne žijúce zvieratá, ale nemá vplyv na menšie, ktoré sa skrývajú v norách alebo pod snehom. Soľné zloženie pôdy je dôležité pre výživu rastlín, ale je ľahostajné pre väčšinu suchozemských živočíchov atď.

Zmeny environmentálnych faktorov v priebehu času môžu byť: 1) pravidelne periodické, meniace sa silu vplyvu v súvislosti s dennou dobou alebo ročným obdobím alebo rytmom prílivov a odlivov v oceáne; 2) nepravidelné, bez jasnej periodicity, napríklad bez zmien poveternostných podmienok v rôznych rokoch, javy katastrofického charakteru - búrky, prehánky, zosuvy pôdy atď.; 3) nasmerované na určité, niekedy dlhé časové obdobia, napríklad počas ochladzovania alebo otepľovania klímy, zarastania vodných plôch, neustáleho pasenia dobytka v tej istej oblasti atď.

Faktory životného prostredia majú na živé organizmy rôzne účinky, t.j. môžu pôsobiť ako stimuly spôsobujúce adaptačné zmeny vo fyziologických a biochemických funkciách; ako obmedzenia, ktoré znemožňujú existenciu v daných podmienkach; ako modifikátory, ktoré spôsobujú anatomické a morfologické zmeny v organizmoch; ako signály naznačujúce zmeny iných faktorov prostredia.

Napriek širokej škále environmentálnych faktorov možno identifikovať množstvo všeobecných vzorcov v povahe ich vplyvu na organizmy a v reakciách živých bytostí.

Tu sú tie najznámejšie.

Zákon minima J. Liebiga (1873):

A) vytrvalosť tela je určená slabým článkom v reťazci jeho environmentálnych potrieb;
b) všetky podmienky prostredia potrebné na podporu života majú rovnakú úlohu (zákon ekvivalencie všetkých životných podmienok), akýkoľvek faktor môže obmedziť existenciu organizmu.

Zákon limitujúcich faktorov, alebo zákon F. Blechmana (1909):faktory prostredia, ktoré majú v konkrétnych podmienkach maximálny význam, najmä sťažujú (obmedzujú) možnosť výskytu druhu v týchto podmienkach.

W. Shelfordov zákon tolerancie (1913): Limitujúcim faktorom v živote organizmu môže byť buď minimálny alebo maximálny vplyv prostredia, rozmedzie medzi ktorými určuje mieru odolnosti organizmu voči tomuto faktoru.

Ako príklad vysvetľujúci zákon minima J. Liebig nakreslil sud s otvormi, pričom hladina vody symbolizovala odolnosť tela a otvory symbolizovali faktory prostredia.

Zákon optima: každý faktor má len určité hranice pozitívneho vplyvu na organizmy.

Výsledok pôsobenia premenlivého faktora závisí predovšetkým od sily jeho prejavu. Nedostatočné aj nadmerné pôsobenie faktora negatívne ovplyvňuje životnú aktivitu jedincov. Priaznivá sila vplyvu sa nazýva zóna optima faktora prostredia, inhibičný účinok tohto faktora na organizmy

(pessimum zone). Maximálne a minimálne prenosné hodnoty faktora sú kritické body, za ktorými už nie je možná existencia a nastáva smrť. Hranice odolnosti medzi kritickými bodmi sa nazývajú ekologická valencia živých bytostí vo vzťahu ku konkrétnemu environmentálnemu faktoru.

Zástupcovia rôznych druhov sa navzájom výrazne líšia tak v polohe optima, ako aj v ekologickej valencii.

Príkladom tohto typu závislosti je nasledujúce pozorovanie. Priemerná denná fyziologická potreba fluoridu u dospelého človeka je 2000-3000 mcg, pričom 70 % z tohto množstva človek prijíma z vody a len 30 % z potravy. Pri dlhšej konzumácii vody s nízkym obsahom fluoridových solí (0,5 mg/dm3 alebo menej) vzniká zubný kaz. Čím nižšia je koncentrácia fluoridu vo vode, tým vyšší je výskyt kazov v populácii.

Vysoké koncentrácie fluoridu v pitnej vode tiež vedú k rozvoju patológie. Takže pri jeho koncentrácii nad 15 mg/dm 3 nastáva fluoróza – akési melírovanie a hnedasté sfarbenie zubnej skloviny, zuby sa postupne ničia.

Ryža. 3.1. Závislosť výsledku environmentálneho faktora od jeho intenzity alebo jednoducho optimálne pre organizmy tohto druhu. Čím silnejšie sú odchýlky od optima, tým výraznejšie

Nejednoznačnosť vplyvu faktora na rôzne funkcie. Každý faktor ovplyvňuje rôzne funkcie tela inak. Optimum pre niektoré procesy môže byť pre iné pesimum.

Pravidlo interakcie faktorov. Jeho podstata spočíva v tom, že sám faktory môžu zvýšiť alebo zmierniť účinok iných faktorov. Napríklad prebytočné teplo sa dá do určitej miery zmierniť nízkou vlhkosťou vzduchu, nedostatok svetla na fotosyntézu rastlín sa dá kompenzovať zvýšeným obsahom oxidu uhličitého vo vzduchu atď. Z toho však nevyplýva, že by sa faktory mohli zamieňať. Nie sú zameniteľné.

Pravidlo limitujúcich faktorov: faktor , ktorého je nedostatok alebo nadbytok (v blízkosti kritických bodov), negatívne ovplyvňuje organizmy a navyše obmedzuje možnosť prejavu sily iných faktorov, vrátane tých optimálnych. Napríklad, ak pôda obsahuje vo veľkom množstve všetky chemické prvky potrebné pre rastlinu okrem jedného, potom rast a vývoj rastliny bude určený tým, ktorého je nedostatok. Všetky ostatné prvky nevykazujú svoj účinok. Limitujúce faktory zvyčajne určujú hranice rozšírenia druhov (populácií) a ich biotopov. Od nich závisí produktivita organizmov a spoločenstiev. Preto je mimoriadne dôležité rýchlo identifikovať faktory minimálneho a nadmerného významu, vylúčiť možnosť ich prejavu (napríklad pre rastliny - vyváženou aplikáciou hnojív).

Človek svojou činnosťou často porušuje takmer všetky vymenované vzorce pôsobenia faktorov. Týka sa to najmä limitujúcich faktorov (deštrukcia biotopov, narušenie vodnej a minerálnej výživy rastlín a pod.).

Na určenie toho, či druh môže existovať v danej geografickej oblasti, je potrebné najprv určiť, či nejaké environmentálne faktory sú mimo jeho ekologickej valencie, najmä počas jeho najzraniteľnejšieho obdobia vývoja.

Identifikácia limitujúcich faktorov je v poľnohospodárskej praxi veľmi dôležitá, keďže zameraním hlavného úsilia na ich elimináciu možno rýchlo a efektívne zvýšiť úrodu rastlín alebo úžitkovosť zvierat. Na silne kyslých pôdach sa teda dá úroda pšenice mierne zvýšiť využitím rôznych agrotechnických vplyvov, ale najlepší efekt dosiahneme až vápnením, ktoré odstráni obmedzujúci vplyv kyslosti. Znalosť limitujúcich faktorov je teda kľúčom k riadeniu životnej aktivity organizmov. V rôznych obdobiach života jednotlivcov pôsobia rôzne faktory prostredia ako limitujúce faktory, preto je potrebná zručná a neustála regulácia životných podmienok kultúrnych rastlín a zvierat.

Zákon maximalizácie energie alebo Odumov zákon: o prežití jedného systému v konkurencii s ostatnými rozhoduje najlepšia organizácia toku energie do neho a využitie jej maximálneho množstva najefektívnejším spôsobom. Tento zákon sa vzťahuje aj na informácie. teda Systém, ktorý má najväčšiu šancu na sebazáchovu, je taký, ktorý najviac prispieva k zásobovaniu, výrobe a efektívnemu využívaniu energie a informácií. Akýkoľvek prírodný systém sa môže rozvíjať len s využitím materiálnych, energetických a informačných schopností prostredia. Absolútne izolovaný vývoj je nemožný.

Tento zákon má dôležitý praktický význam vzhľadom na hlavné dôsledky:

A) Absolútne bezodpadová výroba je nemožná, preto je dôležité vytvárať nízkoodpadovú výrobu s nízkou náročnosťou na zdroje na vstupe aj na výstupe (hospodárnosť a nízke emisie). Ideálom dneška je vytváranie cyklickej výroby (odpad z jednej výroby slúži ako surovina pre inú a pod.) a organizácia rozumnej likvidácie nevyhnutných zvyškov, neutralizácia neodstrániteľného energetického odpadu;
b) každý vyvinutý biotický systém, využívajúci a modifikujúci svoje životné prostredie, predstavuje potenciálnu hrozbu pre menej organizované systémy. Preto je opätovný vznik života v biosfére nemožný – zničia ho existujúce organizmy. Preto pri ovplyvňovaní životného prostredia musí človek tieto vplyvy neutralizovať, pretože môžu byť deštruktívne pre prírodu i človeka samotného.

Zákon obmedzených prírodných zdrojov. Pravidlo jedného percenta. Keďže planéta Zem je prírodný ohraničený celok, nemôžu na nej existovať nekonečné časti, preto sú všetky prírodné zdroje Zeme obmedzené. Nevyčerpateľné zdroje zahŕňajú energetické zdroje, veriac, že energia Slnka poskytuje takmer večný zdroj užitočnej energie. Chyba je v tom, že takéto uvažovanie neberie do úvahy obmedzenia spôsobené energiou samotnej biosféry. Podľa pravidla jedného percenta zmena energie prírodného systému v rozmedzí 1% ho vyvedie z rovnováhy. Všetky rozsiahle javy na zemskom povrchu (silné cyklóny, sopečné erupcie, proces globálnej fotosyntézy) majú celkovú energiu, ktorá nepresahuje 1% energie slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch. Umelé zavádzanie energie do biosféry v našej dobe dosiahlo hodnoty blízko limitu (odlišujúce sa od nich nie viac ako o jeden matematický rád - 10-krát).

Úvod

Okolitý organický svet je neoddeliteľnou súčasťou životného prostredia každého živého tvora. Vzájomné spojenia medzi organizmami sú základom pre existenciu biocenóz a populácií.

Živé veci sú neoddeliteľné od svojho prostredia. Každý jednotlivý organizmus, ktorý je samostatným biologickým systémom, je neustále v priamom alebo nepriamom vzťahu s rôznymi zložkami a javmi svojho prostredia alebo, inými slovami, biotopom, ovplyvňujúcim stav a vlastnosti organizmov.

Životné prostredie je jedným zo základných ekologických pojmov, ktorým sa rozumie celé spektrum prvkov a podmienok obklopujúcich organizmus v časti priestoru, kde organizmus žije, všetko, medzi čím žije a s čím priamo interaguje. Zároveň organizmy, ktoré sa prispôsobili určitému súboru špecifických podmienok, v procese životnej činnosti samy tieto podmienky postupne menia, t.j. prostredie svojej existencie.

Účelom eseje je pochopiť rôznorodosť environmentálnych faktorov prostredia, berúc do úvahy, že každý faktor je kombináciou zodpovedajúceho stavu prostredia a jeho zdroja (rezerva v životnom prostredí).

Habitat

Habitat je tá časť prírody, ktorá obklopuje živý organizmus a s ktorou priamo interaguje. Zložky a vlastnosti prostredia sú rôznorodé a premenlivé. Každý živý tvor žije v zložitom, meniacom sa svete, neustále sa mu prispôsobuje a riadi svoju životnú činnosť v súlade so svojimi zmenami.

Biotop organizmu je súhrn abiotických a biotických podmienok jeho života. Vlastnosti prostredia sa neustále menia a každý tvor sa týmto zmenám prispôsobuje, aby prežil.

Vplyv prostredia vnímajú organizmy prostredníctvom faktorov prostredia nazývaných faktory prostredia.

Enviromentálne faktory

Faktory prostredia sú rôznorodé. Môžu byť nevyhnutné alebo naopak škodlivé pre živé bytosti, podporovať alebo brániť prežitiu a rozmnožovaniu. Faktory prostredia majú rôznu povahu a špecifické pôsobenie. Sú medzi nimi abiotické a biotické, antropogénne (obr. 1).

Abiotické faktory predstavujú celý súbor faktorov v anorganickom prostredí, ktoré ovplyvňujú život a distribúciu zvierat a rastlín. Abiotické faktory sú teplota, svetlo, rádioaktívne žiarenie, tlak, vlhkosť vzduchu, soľné zloženie vody, vietor, prúdenie, terén – to všetko sú vlastnosti neživej prírody, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú živé organizmy. Medzi nimi sú fyzikálne, chemické a edafické.

Obr.1.

Fyzikálne faktory sú tie, ktorých zdrojom je fyzikálny stav alebo jav (mechanický, vlnový atď.). Napríklad teplota, ak je vysoká, spôsobí popáleniny, ak je veľmi nízka, spôsobí omrzliny. Vplyv teploty môžu ovplyvniť aj iné faktory: vo vode - prúd, na súši - vietor a vlhkosť atď.

Existujú však aj fyzikálne faktory globálneho vplyvu na organizmy, medzi ktoré patria prirodzené geofyzikálne polia Zeme. Známy je napríklad vplyv magnetických, elektromagnetických, rádioaktívnych a iných polí našej planéty na životné prostredie.

Chemické faktory sú tie, ktoré pochádzajú z chemického zloženia životného prostredia. Napríklad slanosť vody. Ak je vysoká, život v nádrži môže úplne chýbať (Mŕtve more), no zároveň väčšina morských organizmov nemôže žiť v sladkej vode. Od dostatku kyslíka závisí život živočíchov na súši, vo vode atď.

Edafické faktory, t.j. pôda je súbor chemických, fyzikálnych a mechanických vlastností pôd a hornín, ktoré ovplyvňujú jednak organizmy v nich žijúce, t.j. tie, pre ktoré sú biotopom, a na koreňovom systéme rastlín. Známy je vplyv chemických zložiek (biogénnych prvkov), teploty, vlhkosti, štruktúry pôdy, obsahu humusu a pod. o raste a vývoji rastlín.

Z abiotických faktorov sa často rozlišujú klimatické (teplota, vlhkosť vzduchu, vietor a pod.) a hydrografické faktory vodného prostredia (voda, prúd, slanosť a pod.).

To sú už faktory živej prírody, alebo biotické faktory.

Biotické faktory sú formy vzájomného vplyvu živých bytostí. Každý organizmus neustále zažíva priamy alebo nepriamy vplyv iných tvorov, prichádza do kontaktu so zástupcami svojho druhu a iných druhov - rastlín, zvierat, mikroorganizmov, závisí od nich a sám ich ovplyvňuje.

Napríklad v lese sa vplyvom vegetačného krytu vytvára špeciálna mikroklíma alebo mikroprostredie, kde sa v porovnaní s otvoreným biotopom vytvára vlastný teplotný a vlhkostný režim: v zime je o niekoľko stupňov teplejšie, v lete je chladnejšie a vlhkejšie. Zvláštne mikroprostredie sa vyskytuje aj v dutinách stromov, norách, jaskyniach atď.

Za zmienku stoja najmä podmienky mikroprostredia pod snehovou pokrývkou, ktoré je už čisto abiotického charakteru. V dôsledku otepľovacieho účinku snehu, ktorý je najúčinnejší pri jeho hrúbke aspoň 50-70 cm, v jeho spodnej časti, v asi 5-centimetrovej vrstve, žijú v zime drobné hlodavce, keďže sú tu priaznivé teplotné podmienky. pre nich (od 0 do - 2°С). Vďaka rovnakému účinku sa pod snehom zachovajú sadenice ozimných obilnín - raže a pšenice. Veľké zvieratá - jelene, losy, vlky, líšky, zajace atď. - sa pred silnými mrazmi ukrývajú aj v snehu - ľahnú si do snehu, aby si oddýchli.

Vnútrodruhové interakcie medzi jednotlivcami rovnakého druhu pozostávajú zo skupinových a hromadných účinkov a vnútrodruhovej konkurencie. Skupinové a hromadné efekty sú termíny navrhnuté D.B. Grasse (1944), označujú spojenie zvierat rovnakého druhu do skupín dvoch alebo viacerých jedincov a efekt spôsobený preľudnením prostredia. Tieto vplyvy sa dnes najčastejšie označujú ako demografické faktory. Charakterizujú dynamiku počtu a hustoty skupín organizmov na populačnej úrovni, ktorá je založená na vnútrodruhovej konkurencii, ktorá sa zásadne líši od medzidruhovej konkurencie. Prejavuje sa to najmä v územnom správaní zvierat, ktoré si bránia svoje hniezdiská a určité územie v okolí. Mnoho vtákov a rýb je podobných.

Medzidruhové vzťahy sú oveľa rozmanitejšie (obr. 1). Dva druhy žijúce v blízkosti sa nemusia navzájom ovplyvňovať, môžu sa ovplyvňovať priaznivo alebo nepriaznivo. Možné typy kombinácií odrážajú rôzne typy vzťahov:

· neutralizmus – oba typy sú nezávislé a nemajú na seba žiadny vplyv;

environmentálny faktor biotop

· konkurencia – každý druh má nepriaznivý vplyv na druhý;

Mutualizmus – druhy nemôžu existovať jeden bez druhého;

· protokooperácia (commonwealth) – oba druhy tvoria spoločenstvo, ale môžu existovať oddelene, hoci spoločenstvo prospieva obom;

· komenzalizmus - jeden druh, komenzál, profituje zo spolužitia a druhý druh, hostiteľ, vôbec neprospieva (vzájomná tolerancia);

· amenzalizmus – jeden druh inhibuje rast a rozmnožovanie iného – amenzálny;

Dravosť – dravý druh sa živí svojou korisťou.

Medzidruhové vzťahy sú základom existencie biotických spoločenstiev (biocenóz).

Antropogénne faktory sú formy činnosti ľudskej spoločnosti, ktoré vedú k zmenám v prírode ako biotopu iných druhov alebo priamo ovplyvňujú ich život. V priebehu ľudskej histórie rozvoj najprv poľovníctva a potom poľnohospodárstva, priemyslu a dopravy výrazne zmenil charakter našej planéty. Význam antropogénnych vplyvov na celý živý svet Zeme stále rýchlo rastie.

Hoci ľudia ovplyvňujú živú prírodu prostredníctvom zmien abiotických faktorov a biotických vzťahov druhov, ľudskú činnosť na planéte treba označiť za zvláštnu silu, ktorá nezapadá do rámca tejto klasifikácie. V súčasnosti je osud živého povrchu Zeme, všetkých druhov organizmov, v rukách ľudskej spoločnosti a závisí od antropogénneho vplyvu na prírodu.

Moderné environmentálne problémy a rastúci záujem o ekológiu sú spojené s pôsobením antropogénnych faktorov.

Väčšina faktorov sa v priebehu času mení kvalitatívne a kvantitatívne. Napríklad klimatické - počas dňa, sezóny, podľa roku (teplota, svetlo atď.).

Zmeny environmentálnych faktorov v priebehu času môžu byť:

1) pravidelne-periodické, meniace sa silu nárazu v súvislosti s dennou dobou alebo ročným obdobím alebo rytmom prílivu a odlivu v oceáne;

2) nepravidelné, bez jasnej periodicity, napríklad zmeny poveternostných podmienok v rôznych rokoch, katastrofické javy - búrky, prehánky, zosuvy pôdy atď.;

3) nasmerované na určité, niekedy dlhé časové obdobia, napríklad počas ochladzovania alebo otepľovania klímy, zarastania vodných plôch, neustáleho pasenia hospodárskych zvierat v tej istej oblasti atď.

Toto rozdelenie faktorov je veľmi dôležité pri štúdiu adaptability organizmov na životné podmienky. Nedostatok alebo nadbytok environmentálnych faktorov negatívne ovplyvňuje životnosť tela. Pre každý organizmus existuje určitý rozsah pôsobenia faktora prostredia (obr. 2). Priaznivá sila vplyvu sa nazýva zóna optima faktora prostredia alebo jednoducho optimum pre organizmy daného druhu. Čím väčšia je odchýlka od optima, tým výraznejší je inhibičný účinok tohto faktora na organizmy (zóna pesima). Maximálne a minimálne prenosné hodnoty faktora sú kritické body, za ktorými už nie je možná existencia a nastáva smrť. Hranice odolnosti medzi kritickými bodmi sa nazývajú ekologická valencia živých bytostí vo vzťahu ku konkrétnemu environmentálnemu faktoru.

Obr.2.

Zástupcovia rôznych druhov sa navzájom výrazne líšia tak v polohe optima, ako aj v ekologickej valencii.

Schopnosť organizmu prispôsobiť sa pôsobeniu faktorov prostredia sa nazýva adaptácia (lat. Adantatuo – prispôsobenie).

Rozsah medzi minimom a maximom faktora prostredia určuje mieru odolnosti – tolerancie (lat. Tolerantua – trpezlivosť) k tomuto faktoru.

Rôzne organizmy sa vyznačujú rôznymi mierami tolerancie.

Habitat - je to tá časť prírody, ktorá obklopuje živý organizmus a s ktorou priamo interaguje. Zložky a vlastnosti prostredia sú rôznorodé a premenlivé. Každý živý tvor žije v zložitom, meniacom sa svete, neustále sa mu prispôsobuje a riadi svoju životnú činnosť v súlade so svojimi zmenami.

Jednotlivé vlastnosti alebo prvky prostredia, ktoré pôsobia na organizmy, sa nazývajú enviromentálne faktory. Faktory prostredia sú rôznorodé. Môžu byť nevyhnutné alebo naopak škodlivé pre živé bytosti, podporovať alebo brániť prežitiu a rozmnožovaniu. Faktory prostredia majú rôznu povahu a špecifické pôsobenie. Medzi nimi sú abiotický A biotické, antropogénne.

Abiotické faktory - teplota, svetlo, rádioaktívne žiarenie, tlak, vlhkosť vzduchu, soľné zloženie vody, vietor, prúdenie, terén - to všetko sú vlastnosti neživej prírody, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú živé organizmy.

Biotické faktory - to sú formy vzájomného vplyvu živých bytostí. Každý organizmus neustále zažíva priamy alebo nepriamy vplyv iných tvorov, prichádza do kontaktu so zástupcami svojho druhu a iných druhov - rastlín, zvierat, mikroorganizmov, závisí od nich a sám ich ovplyvňuje. Okolitý organický svet je neoddeliteľnou súčasťou životného prostredia každého živého tvora.

Vzájomné spojenia medzi organizmami sú základom pre existenciu biocenóz a populácií; ich úvaha patrí do oblasti synekológie.

Antropogénne faktory - sú to formy činnosti ľudskej spoločnosti, ktoré vedú k zmenám v prírode ako biotopu iných druhov alebo priamo ovplyvňujú ich život. V priebehu ľudskej histórie rozvoj najprv poľovníctva a potom poľnohospodárstva, priemyslu a dopravy výrazne zmenil charakter našej planéty. Význam antropogénnych vplyvov na celý živý svet Zeme stále rýchlo rastie.

Hoci ľudia ovplyvňujú živú prírodu prostredníctvom zmien abiotických faktorov a biotických vzťahov druhov, ľudskú činnosť na planéte treba označiť za zvláštnu silu, ktorá nezapadá do rámca tejto klasifikácie. V súčasnosti je osud živého povrchu Zeme, všetkých druhov organizmov, v rukách ľudskej spoločnosti a závisí od antropogénneho vplyvu na prírodu.

Zmeny environmentálnych faktorov v priebehu času môžu byť: 1) pravidelne periodické, meniace sa silu vplyvu v súvislosti s dennou dobou alebo ročným obdobím alebo rytmom prílivu a odlivu v oceáne; 2) nepravidelné, bez jasnej periodicity, napríklad zmeny poveternostných podmienok v rôznych rokoch, katastrofické javy - búrky, prehánky, zosuvy pôdy atď.; 3) nasmerované na určité, niekedy dlhé časové obdobia, napríklad počas ochladzovania alebo otepľovania klímy, zarastania vodných plôch, neustáleho pasenia hospodárskych zvierat v tej istej oblasti atď.

Medzi environmentálne faktory sa rozlišujú zdroje a podmienky. Zdroje organizmy využívajú a spotrebúvajú životné prostredie, čím znižujú ich počet. Zdroje zahŕňajú jedlo, vodu, keď je jej nedostatok, prístrešky, vhodné miesta na rozmnožovanie atď. Podmienky - sú to faktory, ktorým sú organizmy nútené prispôsobiť sa, ale väčšinou ich nedokážu ovplyvniť. Rovnaký environmentálny faktor môže byť zdrojom pre niektoré a podmienkou pre iné druhy. Svetlo je napríklad pre rastliny životne dôležitým zdrojom energie a pre živočíchy so zrakom je podmienkou zrakovej orientácie. Voda môže byť životnou podmienkou aj zdrojom pre mnohé organizmy.

2.2. Adaptácie organizmov

Adaptácie organizmov na ich prostredie sú tzv prispôsobenie. Adaptácie sú akékoľvek zmeny v štruktúre a funkcii organizmov, ktoré zvyšujú ich šance na prežitie.

Schopnosť prispôsobiť sa je jednou z hlavných vlastností života vo všeobecnosti, pretože poskytuje samotnú možnosť jeho existencie, schopnosť organizmov prežiť a rozmnožovať sa. Adaptácie sa prejavujú na rôznych úrovniach: od biochémie buniek a správania jednotlivých organizmov až po štruktúru a fungovanie spoločenstiev a ekologických systémov. Adaptácie vznikajú a vyvíjajú sa počas evolúcie druhov.

Základné adaptačné mechanizmy na úrovni organizmu: 1) biochemické- prejavujú sa vnútrobunkovými procesmi, ako je zmena práce enzýmov alebo zmena ich množstva; 2) fyziologické– napríklad zvýšené potenie so zvyšujúcou sa teplotou u mnohých druhov; 3) morfo-anatomický– znaky stavby a tvaru tela spojené so životným štýlom; 4) behaviorálna– napríklad živočíchy, ktoré vyhľadávajú priaznivé biotopy, vytvárajú si nory, hniezda a pod.; 5) ontogenetické– zrýchlenie alebo spomalenie individuálneho rozvoja, podpora prežitia pri zmene podmienok.

Ekologické faktory prostredia majú na živé organizmy rôzne účinky, t.j. môžu ovplyvňovať oboje dráždivé látky, vyvolávanie adaptačných zmien vo fyziologických a biochemických funkciách; Ako obmedzovače, spôsobenie nemožnosti existencie v týchto podmienkach; Ako modifikátory, spôsobujúce morfologické a anatomické zmeny v organizmoch; Ako signály,čo naznačuje zmeny v iných environmentálnych faktoroch.

2.3. Všeobecné zákony pôsobenia faktorov prostredia na organizmy

Napriek širokej škále environmentálnych faktorov možno identifikovať množstvo všeobecných vzorcov v povahe ich vplyvu na organizmy a v reakciách živých bytostí.

1. Zákon optima.

Každý faktor má určité hranice pozitívneho vplyvu na organizmy (obr. 1). Výsledok premenlivého faktora závisí predovšetkým od sily jeho prejavu. Nedostatočné aj nadmerné pôsobenie faktora negatívne ovplyvňuje životnú aktivitu jedincov. Prospešná sila vplyvu je tzv zóna optimálneho faktora prostredia alebo jednoducho optimálne pre organizmy tohto druhu. Čím väčšia je odchýlka od optima, tým výraznejší je inhibičný účinok tohto faktora na organizmy. (pessimum zone). Maximálne a minimálne prenosné hodnoty faktora sú kritické body, pozadu za ktorým už nie je možná existencia, nastáva smrť. Hranice odolnosti medzi kritickými bodmi sa nazývajú ekologická valencia živé bytosti vo vzťahu ku konkrétnemu environmentálnemu faktoru.

Ryža. 1. Schéma pôsobenia faktorov prostredia na živé organizmy

Zástupcovia rôznych druhov sa navzájom výrazne líšia tak v polohe optima, ako aj v ekologickej valencii. Napríklad polárne líšky v tundre znesú kolísanie teploty vzduchu v rozmedzí viac ako 80 °C (od +30 do -55 °C), teplovodné kôrovce Copilia mirabilis zase znesú zmeny teploty vody v rozmedzí nie viac ako 6 °C (od +23 do +29 °C). Rovnaká sila prejavu faktora môže byť pre jeden druh optimálna, pre iný pesimálna a u tretieho prekračuje hranice únosnosti (obr. 2).

Široká ekologická valencia druhu vo vzťahu k abiotickým environmentálnym faktorom je označená pridaním predpony „eury“ k názvu faktora. Eurytermický druhy, ktoré znášajú výrazné teplotné výkyvy, eurybates- široký rozsah tlaku, euryhalín– rôzne stupne salinity prostredia.

Ryža. 2. Poloha optimálnych kriviek na teplotnej stupnici pre rôzne druhy:

1, 2 - stenotermné druhy, kryofily;

3–7 – eurytermné druhy;

8, 9 - stenotermné druhy, termofily

Neschopnosť tolerovať výrazné kolísanie faktora alebo úzku environmentálnu valenciu je charakterizovaná predponou „steno“ - stenotermický, stenobát, stenohalín druhy a pod.V širšom zmysle sa druhy, ktorých existencia si vyžaduje prísne definované podmienky prostredia, nazývajú stenobiontický, a tie, ktoré sú schopné prispôsobiť sa rôznym podmienkam prostredia - eurybiont.

Vyvolávajú sa stavy, ktoré sa približujú ku kritickým bodom v dôsledku jedného alebo viacerých faktorov naraz extrémna.

Poloha optima a kritických bodov na gradiente faktorov sa môže pôsobením podmienok prostredia posunúť v určitých medziach. K tomu dochádza pravidelne u mnohých druhov, keď sa menia ročné obdobia. V zime napríklad vrabce vydržia silné mrazy a v lete zomierajú prechladnutím pri teplotách tesne pod nulou. Fenomén posunu optima vo vzťahu k akémukoľvek faktoru sa nazýva aklimatizácia. Z hľadiska teploty ide o známy proces tepelného otužovania tela. Aklimatizácia na teplotu si vyžaduje značné časové obdobie. Mechanizmom je zmena enzýmov v bunkách, ktoré katalyzujú rovnaké reakcie, ale pri rôznych teplotách (tzv. izoenzýmy). Každý enzým je kódovaný vlastným génom, preto je potrebné niektoré gény vypnúť a iné aktivovať, transkripcia, translácia, zostavenie dostatočného množstva nového proteínu atď. Celkový proces trvá v priemere asi dva týždne a je stimulovaný zmenami prostredia. Aklimatizácia alebo otužovanie je dôležitá adaptácia organizmov, ku ktorej dochádza pri postupne sa približujúcich nepriaznivých podmienkach alebo pri vstupe na územia s inou klímou. V týchto prípadoch je neoddeliteľnou súčasťou celkového procesu aklimatizácie.

2. Nejednoznačnosť vplyvu faktora na rôzne funkcie.

Každý faktor ovplyvňuje rôzne funkcie tela inak (obr. 3). Optimum pre niektoré procesy môže byť pre iné pesimum. Teplota vzduchu od +40 do +45 ° C u studenokrvných zvierat teda výrazne zvyšuje rýchlosť metabolických procesov v tele, ale inhibuje motorickú aktivitu a zvieratá upadajú do tepelnej strnulosti. Pre mnohé ryby je teplota vody, ktorá je optimálna na dozrievanie reprodukčných produktov, nepriaznivá pre trenie, ku ktorému dochádza pri inom teplotnom rozsahu.

Ryža. 3. Schéma závislosti fotosyntézy a dýchania rastlín od teploty (podľa V. Larchera, 1978): t min, t opt, t max– minimálna, optimálna a maximálna teplota pre rast rastlín (zatienená plocha)

Životný cyklus, v ktorom organizmus v určitých obdobiach primárne plní určité funkcie (výživa, rast, rozmnožovanie, osídlenie atď.), je vždy v súlade so sezónnymi zmenami v komplexe environmentálnych faktorov. Mobilné organizmy môžu tiež meniť biotopy, aby úspešne vykonávali všetky svoje životne dôležité funkcie.

3. Rozmanitosť individuálnych reakcií na faktory prostredia. Stupeň vytrvalosti, kritické body, optimálne a pesimálne zóny jednotlivých jedincov sa nezhodujú. Táto variabilita je určená jednak dedičnými vlastnosťami jedincov, jednak rodovými, vekovými a fyziologickými rozdielmi. Napríklad molica mlynská, jeden zo škodcov múky a obilných produktov, má kritickú minimálnu teplotu pre húsenice -7 °C, pre dospelé formy -22 °C a pre vajcia -27 °C. Mráz -10 °C zabíja húsenice, ale nie je nebezpečný pre dospelých jedincov a vajíčka tohto škodcu. V dôsledku toho je ekologická valencia druhu vždy širšia ako ekologická valencia každého jednotlivca.

4. Relatívna nezávislosť adaptácie organizmov na rôzne faktory. Miera tolerancie k akémukoľvek faktoru neznamená zodpovedajúcu ekologickú valenciu druhu vo vzťahu k iným faktorom. Napríklad druhy, ktoré tolerujú veľké zmeny teploty, nemusia nevyhnutne znášať aj veľké zmeny vlhkosti alebo slanosti. Eurytermálne druhy môžu byť stenohalínne, stenobatické alebo naopak. Ekologické valencie druhu vo vzťahu k rôznym faktorom môžu byť veľmi rôznorodé. To vytvára mimoriadnu rozmanitosť adaptácií v prírode. Súbor environmentálnych valencií vo vzťahu k rôznym faktorom prostredia je ekologické spektrum druhu.

5. Rozpor v ekologických spektrách jednotlivých druhov. Každý druh je špecifický svojimi ekologickými schopnosťami. Aj medzi druhmi, ktoré sú si podobné v spôsoboch prispôsobovania sa prostrediu, existujú rozdiely v ich postoji k niektorým individuálnym faktorom.

Ryža. 4. Zmeny v účasti jednotlivých druhov rastlín v porastoch lúčnych tráv v závislosti od vlhkosti (podľa L. G. Ramensky et al., 1956): 1 - červená ďatelina; 2 – rebríček obyčajný; 3 - Delyavinova celer; 4 – modráčica lúčna; 5 – kostrava; 6 – pravá posteľná bielizeň; 7 – ostrica skorá; 8 – lúčna; 9 – pelargónie; 10 – poľný krík; 11 – kozia brada krátkonosá

Pravidlo ekologickej individuality druhov formuloval ruský botanik L. G. Ramenskij (1924) vo vzťahu k rastlinám (obr. 4), potom bola široko potvrdená zoologickým výskumom.

6. Interakcia faktorov. Optimálna zóna a limity odolnosti organizmov vo vzťahu k akémukoľvek faktoru prostredia sa môžu posúvať v závislosti od sily a v akej kombinácii súčasne pôsobia ostatné faktory (obr. 5). Tento vzor sa nazýva interakcia faktorov. Napríklad teplo sa ľahšie znáša v suchom ako vo vlhkom vzduchu. Riziko zamrznutia je oveľa väčšie v chladnom počasí so silným vetrom ako v pokojnom počasí. Rovnaký faktor v kombinácii s inými má teda rôzne vplyvy na životné prostredie. Naopak, rovnaký environmentálny výsledok možno dosiahnuť rôznymi spôsobmi. Napríklad vädnutie rastlín možno zastaviť zvýšením množstva vlhkosti v pôde a znížením teploty vzduchu, čím sa zníži výpar. Vytvára sa efekt čiastočnej substitúcie faktorov.

Ryža. 5. Úmrtnosť vajíčok priadky morušovej Dendrolimus pini pri rôznych kombináciách teploty a vlhkosti

Vzájomná kompenzácia environmentálnych faktorov má zároveň určité limity a jeden z nich nie je možné úplne nahradiť iným. Úplná absencia vody alebo aspoň jedného zo základných prvkov minerálnej výživy znemožňuje život rastliny aj napriek najpriaznivejším kombináciám iných podmienok. Extrémny tepelný deficit v polárnych púšťach nemôže byť kompenzovaný ani množstvom vlhkosti, ani 24-hodinovým osvetlením.

Berúc do úvahy vzorce interakcie faktorov prostredia v poľnohospodárskej praxi, je možné šikovne udržiavať optimálne životné podmienky pre kultúrne rastliny a domáce zvieratá.

7. Pravidlo limitujúcich faktorov. Možnosti existencie organizmov sú primárne obmedzené tými faktormi prostredia, ktoré sú od optima najviac vzdialené. Ak sa aspoň jeden z environmentálnych faktorov približuje alebo prekračuje kritické hodnoty, tak aj napriek optimálnej kombinácii ostatných podmienok sú jedinci ohrození smrťou. Akékoľvek faktory, ktoré sa výrazne odchyľujú od optima, nadobúdajú prvoradý význam v živote druhu alebo jeho jednotlivých predstaviteľov v určitých časových obdobiach.

Obmedzujúce faktory prostredia určujú geografický rozsah druhu. Charakter týchto faktorov môže byť rôzny (obr. 6). Pohyb druhov na sever tak môže byť obmedzený nedostatkom tepla a do suchých oblastí nedostatkom vlahy alebo príliš vysokými teplotami. Biotické vzťahy môžu slúžiť aj ako limitujúce faktory pre distribúciu, napríklad obsadenie územia silnejším konkurentom alebo nedostatok opeľovačov pre rastliny. Opeľovanie fíg teda úplne závisí od jediného druhu hmyzu – osy Blastophaga psenes. Vlasťou tohto stromu je Stredozemné more. Figy zavlečené do Kalifornie nepriniesli ovocie, kým tam neboli zavlečené opeľujúce osy. Rozšírenie strukovín v Arktíde je obmedzené rozšírením čmeliakov, ktoré ich opeľujú. Na ostrove Dikson, kde nie sú žiadne čmeliaky, sa strukoviny nenachádzajú, hoci kvôli teplotným podmienkam je existencia týchto rastlín stále prípustná.

Ryža. 6. Limitujúcim faktorom rozšírenia jelenej zveri je hlboká snehová pokrývka (podľa G. A. Novikov, 1981)

Identifikácia limitujúcich faktorov je v poľnohospodárskej praxi veľmi dôležitá, keďže zameraním hlavného úsilia na ich elimináciu možno rýchlo a efektívne zvýšiť úrodu rastlín alebo úžitkovosť zvierat. Na silne kyslých pôdach je možné úrodu pšenice mierne zvýšiť použitím rôznych agrotechnických vplyvov, ale najlepší efekt dosiahneme až vápnom, ktoré odstráni obmedzujúce účinky kyslosti. Znalosť limitujúcich faktorov je teda kľúčom k riadeniu životných aktivít organizmov. V rôznych obdobiach života jednotlivcov pôsobia rôzne faktory prostredia ako limitujúce faktory, preto je potrebná zručná a neustála regulácia životných podmienok kultúrnych rastlín a zvierat.

2.4. Princípy ekologickej klasifikácie organizmov

V ekológii rozmanitosť a rôznorodosť metód a spôsobov prispôsobenia sa prostrediu vytvára potrebu viacerých klasifikácií. Použitím akéhokoľvek jediného kritéria nie je možné reflektovať všetky aspekty adaptability organizmov na prostredie. Ekologické klasifikácie odrážajú podobnosti, ktoré vznikajú medzi zástupcami veľmi odlišných skupín, ak ich používajú podobné spôsoby adaptácie. Napríklad, ak klasifikujeme živočíchy podľa ich spôsobov pohybu, potom ekologická skupina druhov, ktoré sa vo vode pohybujú reaktívnymi prostriedkami, budú zahŕňať živočíchy, ktoré sa svojou systematickou pozíciou líšia, ako sú medúzy, hlavonožce, niektoré nálevníky a bičíkovce, larvy počet vážok a pod.(obr. 7). Environmentálne klasifikácie môžu byť založené na širokej škále kritérií: spôsoby výživy, pohyb, postoj k teplote, vlhkosti, slanosti, tlaku Príkladom najjednoduchšej ekologickej klasifikácie je delenie všetkých organizmov na eurybiont a stenobiont podľa šírky škály adaptácií na prostredie.

Ryža. 7. Zástupcovia ekologickej skupiny organizmov, ktoré sa vo vode pohybujú reaktívnym spôsobom (podľa S. A. Zernova, 1949):

1 – bičíkovitý Medusochloris phiale;

2 – ciliate Crapedotella pileosus;

3 – medúza Cytaeis vulgaris;

4 – pelagická holotúria Pelagothúria;

5 – larva vážky skalnej;

6 – chobotnica plávajúca Octopus vulgaris:

A– smer prúdu vody;

b– smer pohybu zvieraťa

Ďalším príkladom je rozdelenie organizmov do skupín podľa charakteru výživy.Autotrofy sú organizmy, ktoré využívajú anorganické zlúčeniny ako zdroj na stavbu svojho tela. Heterotrofy– všetky živé bytosti, ktoré potrebujú potraviny organického pôvodu. Autotrofy sa zase delia na fototrofy A chemotrofy. Prvé využívajú energiu slnečného žiarenia na syntézu organických molekúl, druhé využívajú energiu chemických väzieb. Heterotrofy sa delia na saprofyty, pomocou roztokov jednoduchých organických zlúčenín, a holozoans. Holozoany majú komplexný súbor tráviacich enzýmov a môžu konzumovať zložité organické zlúčeniny, pričom ich rozkladajú na jednoduchšie zložky. Holozoány sa delia na saprofágy(živí sa odumretými rastlinnými zvyškami) fytofágy(spotrebitelia živých rastlín), zoofágov(v núdzi živej potravy) a nekrofágov(mäsožravce). Každú z týchto skupín možno zase rozdeliť na menšie, ktoré majú svoje špecifické výživové vzorce.

V opačnom prípade môžete vytvoriť klasifikáciu podľa spôsobu získavania potravy. Spomedzi živočíchov napríklad skupiny ako napr filtre(malé kôrovce, bezzubé, veľryby atď.), pastevné formy(kopytníky, chrobáky), zberači(ďateľ, krt, piskor, kuriatka), lovci pohybujúcej sa koristi(vlky, levy, čierne muchy atď.) a množstvo ďalších skupín. Napriek veľkej odlišnosti v organizácii teda rovnaký spôsob ovládania koristi u levov a molí vedie k množstvu analógií v ich poľovníckych návykoch a všeobecných štrukturálnych vlastnostiach: štíhlosť tela, silný rozvoj svalov, schopnosť krátkodobo sa rozvíjať. termín vysoká rýchlosť atď.

Ekologické klasifikácie pomáhajú identifikovať možné spôsoby, ako sa v prírode organizmy prispôsobujú prostrediu.

2.5. Aktívny a skrytý život

Metabolizmus je jednou z najdôležitejších vlastností života, ktorá podmieňuje úzke materiálovo-energetické prepojenie organizmov s prostredím. Metabolizmus vykazuje silnú závislosť od životných podmienok. V prírode pozorujeme dva hlavné životné stavy: aktívny život a pokoj. Počas aktívneho života sa organizmy živia, rastú, pohybujú, vyvíjajú, rozmnožujú a vyznačujú sa intenzívnym metabolizmom. Odpočinok môže mať rôznu hĺbku a trvanie, mnohé telesné funkcie sa oslabujú alebo sa nevykonávajú vôbec, pretože pod vplyvom vonkajších a vnútorných faktorov klesá úroveň metabolizmu.

V stave hlbokého odpočinku, teda zníženom látkovo-energetickom metabolizme, sa organizmy stávajú menej závislými na prostredí, získavajú vysoký stupeň stability a sú schopné znášať podmienky, ktoré by počas aktívneho života nemohli obstáť. Tieto dva stavy sa striedajú v živote mnohých druhov, pričom ide o adaptáciu na biotopy s nestabilnou klímou a prudkými sezónnymi zmenami, ktoré sú typické pre väčšinu planéty.

Pri hlbokom potlačení metabolizmu nemusia organizmy vôbec vykazovať viditeľné známky života. O otázke, či je možné úplne zastaviť metabolizmus s následným návratom do aktívneho života, teda akýmsi „vzkriesením z mŕtvych“, sa vo vede diskutovalo už viac ako dve storočia.

Prvýkrát fenomén pomyselná smrť objavil v roku 1702 Anthony van Leeuwenhoek, objaviteľ mikroskopického sveta živých bytostí. Keď kvapky vody zaschli, „zvieratá“ (rotifers), ktoré pozoroval, sa scvrkli, vyzerali ako mŕtve a mohli v tomto stave zostať dlhý čas (obr. 8). Po opätovnom umiestnení do vody napučiavali a začali aktívny život. Leeuwenhoek vysvetlil tento jav skutočnosťou, že škrupina „zvierat“ zjavne „neumožňuje ani najmenšie vyparenie“ a zostávajú nažive v suchých podmienkach. O niekoľko desaťročí sa však už prírodovedci hádali o možnosti, že „život by mohol byť úplne zastavený“ a znovu obnovený „o 20, 40, 100 rokov alebo viac“.

V 70. rokoch XVIII storočia. fenomén „vzkriesenia“ po vysušení bol objavený a potvrdený početnými pokusmi na množstve iných malých organizmov – pšeničných úhoroch, voľne žijúcich háďatkách a tardigradoch. J. Buffon, opakujúc experimenty J. Needhama s úhormi, tvrdil, že „tieto organizmy môžu zomrieť a znovu ožiť toľkokrát, koľkokrát si želáte“. L. Spallanzani ako prvý upozornil na hlbokú dormanciu semien a spór rastlín, považoval to za ich zachovanie v čase.

Ryža. 8. Rotifer Philidina roseola v rôznych štádiách sušenia (podľa P. Yu. Schmidt, 1948):

1 - aktívny; 2 – začiatok zmluvy; 3 – úplne stiahnuté pred sušením; 4 - v stave pozastavenej animácie

V polovici 19. stor. presvedčivo sa zistilo, že odolnosť suchých vírnikov, tardigradov a háďatiek voči vysokým a nízkym teplotám, nedostatku alebo absencii kyslíka sa zvyšuje úmerne stupňu ich dehydratácie. Ostala však otvorená otázka, či to malo za následok úplné prerušenie života alebo len jeho hlboký útlak. V roku 1878 predstavil Claude Bernal tento koncept "skrytý život" ktorý charakterizoval zastavením metabolizmu a „prerušením vzťahu medzi bytím a prostredím“.

Táto otázka bola definitívne vyriešená až v prvej tretine 20. storočia s rozvojom technológie hlbokej vákuovej dehydratácie. Experimenty G. Rama, P. Becquerela a ďalších vedcov túto možnosť ukázali úplné zvratné zastavenie života. V suchom stave, keď v bunkách nezostávalo viac ako 2 % vody v chemicky viazanej forme, organizmy ako vírniky, tardigrady, malé háďatká, semená a spóry rastlín, spóry baktérií a húb odolali pôsobeniu tekutého kyslíka ( -218,4 °C ), kvapalný vodík (-259,4 °C), kvapalné hélium (-269,0 °C), teda teploty blízke absolútnej nule. V tomto prípade obsah buniek stvrdne, dokonca chýba aj tepelný pohyb molekúl a celý metabolizmus sa prirodzene zastaví. Po umiestnení do normálnych podmienok sa tieto organizmy ďalej vyvíjajú. U niektorých druhov je zastavenie metabolizmu pri ultranízkych teplotách možné bez sušenia za predpokladu, že voda nezamrzne v kryštalickom, ale v amorfnom stave.

Úplné dočasné zastavenie života sa nazýva pozastavená animácia. Tento termín navrhol V. Preyer už v roku 1891. V stave pozastavenej animácie sa organizmy stávajú odolnými voči širokému spektru vplyvov. Napríklad tardigrady pri pokuse odolali ionizujúcemu žiareniu až 570 tisíc röntgenov počas 24 hodín.Dehydratované larvy jedného z komárov afrických chironomus Polypodium vanderplanki si po vystavení teplote +102 °C zachovávajú schopnosť oživenia.

Stav pozastavenej animácie výrazne rozširuje hranice zachovania života, a to aj v čase. Napríklad hĺbkové vrty v hrúbke antarktického ľadovca odhalili mikroorganizmy (spóry baktérií, húb a kvasiniek), ktoré sa následne vyvinuli na bežných živných pôdach. Vek zodpovedajúcich ľadových horizontov dosahuje 10–13 tisíc rokov. Spóry niektorých životaschopných baktérií boli izolované aj z hlbších vrstiev starých stovky tisíc rokov.

Anabióza je však pomerne zriedkavý jav. Nie je to možné u všetkých druhov a je to extrémny stav odpočinku v živej prírode. Jeho nevyhnutnou podmienkou je zachovanie neporušených jemných vnútrobunkových štruktúr (organel a membrán) pri sušení alebo hlbokom ochladzovaní organizmov. Tento stav je nemožný pre väčšinu druhov, ktoré majú zložitú organizáciu buniek, tkanív a orgánov.

Schopnosť anabiózy sa vyskytuje u druhov, ktoré majú jednoduchú alebo zjednodušenú štruktúru a žijú v podmienkach prudkých výkyvov vlhkosti (vysychanie malých vodných plôch, vrchných vrstiev pôdy, vankúšov machov a lišajníkov atď.).

Iné formy pokoja spojené so stavom zníženej vitálnej aktivity v dôsledku čiastočnej inhibície metabolizmu sú v prírode oveľa rozšírenejšie. Akýkoľvek stupeň zníženia úrovne metabolizmu zvyšuje stabilitu organizmov a umožňuje im hospodárnejšie míňať energiu.

Formy odpočinku v stave zníženej vitálnej aktivity sú rozdelené na hypobióza A kryptobióza, alebo vynútený mier A fyziologický odpočinok. Pri hypobióze dochádza pod priamym tlakom nepriaznivých podmienok k inhibícii aktivity alebo torpore a ustáva takmer okamžite po normalizácii týchto stavov (obr. 9). Takéto potlačenie životne dôležitých procesov môže nastať pri nedostatku tepla, vody, kyslíka, pri zvýšení osmotického tlaku atď. V súlade s vedúcim vonkajším faktorom núteného odpočinku sú kryobióza(pri nízkych teplotách), anhydrobióza(s nedostatkom vody), anoxybióza(v anaeróbnych podmienkach), hyperosmobióza(s vysokým obsahom soli vo vode) atď.

Nielen v Arktíde a Antarktíde, ale aj v stredných zemepisných šírkach prezimujú niektoré mrazuvzdorné druhy článkonožcov (kolemboly, množstvo múch, ploštice a pod.) v stave strnulosti, rýchlo sa rozmrazujú a prechádzajú na aktivitu pod slnečné lúče a potom opäť stratia pohyblivosť, keď teplota klesne. Rastliny, ktoré sa objavia na jar, sa po ochladení a oteplení zastavia a obnovia rast a vývoj. Po daždi sa holá pôda často zmení na zelenú v dôsledku rýchleho premnoženia pôdnych rias, ktoré boli v nútenom pokoji.

Ryža. 9. Pagon - kus ľadu, v ktorom sú zamrznutí sladkovodní obyvatelia (od S. A. Zernova, 1949)

Hĺbka a trvanie metabolickej supresie počas hypobiózy závisí od trvania a intenzity inhibičného faktora. Nútená dormancia sa vyskytuje v ktorejkoľvek fáze ontogenézy. Výhody hypobiózy sú rýchle obnovenie aktívneho života. Ide však o relatívne nestabilný stav organizmov a pri dlhodobom používaní môže byť škodlivý v dôsledku nerovnováhy metabolických procesov, vyčerpania energetických zdrojov, hromadenia nedostatočne oxidovaných produktov metabolizmu a iných nepriaznivých fyziologických zmien.

Kryptobióza je zásadne odlišný typ dormancie. Je spojená s komplexom endogénnych fyziologických zmien, ktoré nastávajú v predstihu, pred nástupom nepriaznivých sezónnych zmien a organizmy sú na ne pripravené. Kryptobióza je adaptácia predovšetkým na sezónnu alebo inú periodicitu abiotických faktorov prostredia, ich pravidelnú cyklickosť. Tvorí súčasť životného cyklu organizmov a nevyskytuje sa v žiadnej fáze, ale v určitej fáze individuálneho vývoja, načasovanej tak, aby sa zhodovala s kritickými obdobiami roka.

Prechod do stavu fyziologického odpočinku si vyžaduje čas. Predchádza mu hromadenie rezervných látok, čiastočná dehydratácia tkanív a orgánov, zníženie intenzity oxidačných procesov a celý rad ďalších zmien, ktoré celkovo znižujú látkovú výmenu v tkanivách. V stave kryptobiózy sa organizmy stávajú mnohonásobne odolnejšie voči nepriaznivým vplyvom prostredia (obr. 10). Hlavné biochemické preskupenia sú v tomto prípade z veľkej časti spoločné pre rastliny, živočíchy a mikroorganizmy (napríklad prepnutie metabolizmu v rôznej miere na glykolytickú dráhu v dôsledku rezervných sacharidov atď.). Prekonanie kryptobiózy si tiež vyžaduje čas a energiu a nedá sa dosiahnuť jednoduchým zastavením negatívneho účinku faktora. To si vyžaduje špeciálne podmienky, odlišné pre rôzne druhy (napríklad zamrznutie, prítomnosť kvapôčkovej vody, určitá dĺžka denného svetla, určitá kvalita svetla, povinné kolísanie teploty atď.).

Kryptobióza ako stratégia prežitia v periodicky nepriaznivých podmienkach pre aktívny život je produktom dlhodobej evolúcie a prirodzeného výberu. Je široko rozšírený vo voľnej prírode. Stav kryptobiózy je charakteristický napríklad pre semená rastlín, cysty a spóry rôznych mikroorganizmov, húb a rias. Diapauza článkonožcov, hibernácia cicavcov, hlboká dormancia rastlín sú tiež rôzne typy kryptobiózy.

Ryža. 10. Dážďovka v stave diapauzy (podľa V. Tishlera, 1971)

Stavy hypobiózy, kryptobiózy a anabiózy zabezpečujú prežitie druhov v prirodzených podmienkach rôznych zemepisných šírok, často extrémnych, umožňujú zachovanie organizmov počas dlhých nepriaznivých období, usadzujú sa vo vesmíre a v mnohých smeroch posúvajú hranice možností a distribúcie života. všeobecne.

Prednáška 14.

Vplyv biotopu na biotu.

1.Faktory životného prostredia.

2. Všeobecné zákonitosti ich pôsobenia na živé organizmy.

Enviromentálne faktory. Všeobecné zákonitosti ich pôsobenia na živé organizmy.

Adaptácie organizmov na prostredie sa nazývajú adaptácie. Schopnosť prispôsobiť sa je jednou z hlavných vlastností života vo všeobecnosti, pretože poskytuje samotnú možnosť jeho existencie, schopnosť organizmov prežiť a rozmnožovať sa. Adaptácie sa prejavujú na rôznych úrovniach: od biochémie buniek a správania jednotlivých organizmov až po štruktúru a fungovanie spoločenstiev a ekologických systémov. Adaptácie vznikajú a menia sa počas evolúcie druhov.

Jednotlivé vlastnosti alebo prvky prostredia, ktoré ovplyvňujú organizmy, sa nazývajú faktory prostredia . Faktory prostredia sú rôznorodé. Môžu byť nevyhnutné alebo naopak škodlivé pre živé bytosti, podporovať alebo brániť prežitiu a rozmnožovaniu. Faktory prostredia majú rôznu povahu a špecifické pôsobenie. Ekologické faktory sa delia na abiotické a biotické, antropogénne.

Abiotické faktory – teplota, svetlo, rádioaktívne žiarenie, tlak, vlhkosť vzduchu, soľné zloženie vody, vietor, prúdenie, terén – to všetko sú vlastnosti neživej prírody, ktoré priamo alebo nepriamo ovplyvňujú živé organizmy.

Biotické faktory sú formy vzájomného vplyvu živých bytostí. Každý organizmus neustále zažíva priamy alebo nepriamy vplyv iných bytostí, vstupuje do kontaktu so zástupcami svojho druhu a iných druhov, závisí od nich a sám ich ovplyvňuje. Okolitý organický svet je neoddeliteľnou súčasťou životného prostredia každého živého tvora.

Vzájomné spojenia medzi organizmami sú základom pre existenciu biocenóz a populácií; ich úvaha patrí do oblasti synekológie.

Antropogénne faktory - sú to formy činnosti ľudskej spoločnosti, ktoré vedú k zmenám v prírode ako biotopu iných druhov alebo priamo ovplyvňujú ich život. Hoci ľudia ovplyvňujú živú prírodu prostredníctvom zmien abiotických faktorov a biotických vzťahov druhov, antropogénna činnosť by mala byť označená ako špeciálna sila, ktorá nezapadá do rámca tejto klasifikácie. Význam antropogénneho vplyvu na živý svet planéty stále rýchlo rastie.

Zmeny environmentálnych faktorov v priebehu času môžu byť: 1) pravidelne periodické, meniace silu vplyvu v súvislosti s dennou dobou alebo ročným obdobím alebo rytmom prílivu a odlivu v oceáne; 2) nepravidelné, bez jasnej periodicity, napríklad zmeny poveternostných podmienok v rôznych rokoch, katastrofické javy - búrky, prehánky, zosuvy pôdy atď.; 3) nasmerované na určité, niekedy dlhé časové obdobia, napríklad počas ochladzovania alebo otepľovania klímy, zarastania vodných plôch, neustáleho pasenia hospodárskych zvierat v tej istej oblasti atď.

Ekologické faktory prostredia majú na živé organizmy rôzne účinky, t.j. môžu pôsobiť ako stimuly, ktoré spôsobujú adaptačné zmeny fyziologických a biochemických funkcií; ako obmedzenia, ktoré znemožňujú existenciu v daných podmienkach; ako modifikátory, ktoré spôsobujú anatomické a morfologické zmeny v organizmoch; ako signály naznačujúce zmeny iných faktorov prostredia.

Napriek širokej škále environmentálnych faktorov možno identifikovať množstvo všeobecných vzorcov v povahe ich vplyvu na organizmy a v reakciách živých bytostí.

1. Zákon optima. Každý faktor má len určité hranice pozitívneho vplyvu na organizmy. Výsledok premenlivého faktora závisí predovšetkým od sily jeho prejavu. Nedostatočné aj nadmerné pôsobenie faktora negatívne ovplyvňuje životnú aktivitu jedincov. Priaznivá sila vplyvu sa nazýva optimálna zóna faktora prostredia alebo jednoducho optimum pre organizmy daného druhu. Čím väčšia je odchýlka od optima, tým výraznejší je inhibičný účinok tohto faktora na organizmy (zóna pesima). Maximálne a minimálne prenosné hodnoty faktora sú kritické body, za ktorými už nie je možná existencia a nastáva smrť. Hranice odolnosti medzi kritickými bodmi sa nazývajú valencia prostredia (rozsah tolerancie). živé bytosti vo vzťahu ku konkrétnemu environmentálnemu faktoru.

Zástupcovia rôznych druhov sa navzájom výrazne líšia tak v polohe optima, ako aj v ekologickej valencii. Napríklad polárne líšky v tundre znesú kolísanie teploty vzduchu v rozmedzí cca 80°C (od +30° do -55°C), teplovodné kôrovce Copilia mirabilis znesú zmeny teploty vody v rozmedzí nie viac ako 6 °C (od 23 °C do 29 °C). Vznik úzkych rozsahov tolerancie v evolúcii možno považovať za formu špecializácie, v dôsledku ktorej sa dosahuje vyššia efektivita na úkor adaptability a zvyšuje sa diverzita v komunite.

Rovnaká sila prejavu faktora môže byť pre jeden typ optimálna, pre iný pesimálna a u tretieho presahuje hranice únosnosti.

Široká ekologická valencia druhu vo vzťahu k abiotickým environmentálnym faktorom je označená pridaním predpony „eury“ k názvu faktora. Eurytermné druhy – znášajú výrazné výkyvy teplôt, eurybáty – široký rozsah tlaku, euryhalinné – rôzny stupeň salinity prostredia.

Neschopnosť tolerovať výrazné kolísanie faktora alebo úzku ekologickú valenciu charakterizuje predpona „steno“ – stenotermický, stenobátny, stenohalínový druh atď. V širšom zmysle sa druhy, ktorých existencia si vyžaduje prísne definované podmienky prostredia, nazývajú stenobiont , a tie, ktoré sú schopné prispôsobiť sa rôznym podmienkam prostredia, sú eurybiont.

2. Nejednoznačnosť vplyvu faktora na rôzne funkcie. Každý faktor ovplyvňuje rôzne funkcie tela inak. Optimum pre niektoré procesy môže byť pre iné pesimum. Teplota vzduchu od 40 ° do 45 ° C u studenokrvných zvierat teda výrazne zvyšuje rýchlosť metabolických procesov v tele, ale inhibuje motorickú aktivitu a zvieratá upadajú do tepelnej strnulosti. Pre mnohé ryby je teplota vody, ktorá je optimálna na dozrievanie reprodukčných produktov, nepriaznivá pre trenie, ktoré sa vyskytuje v inom teplotnom rozsahu.

Obdobie rozmnožovania je zvyčajne kritické; V tomto období sa mnohé faktory prostredia často stávajú limitujúcimi. Tolerančné limity pre rozmnožujúce sa jedince, semená, vajíčka, embryá, sadenice a larvy sú zvyčajne užšie ako u nereprodukujúcich sa dospelých rastlín alebo živočíchov. Dospelý cyprus teda môže rásť na suchých vrchoch aj ponorený do vody, ale rozmnožuje sa iba tam, kde je vlhká, ale nie zaplavená pôda na vývoj sadeníc. Mnohé morské živočíchy znesú brakickú alebo sladkú vodu s vysokým obsahom chloridov, takže sa často dostávajú do protiprúdových riek. Ale ich larvy nemôžu žiť v takýchto vodách, takže druh sa nemôže rozmnožovať v rieke a neusídľuje sa tu natrvalo.

3. Variabilita, variabilita a rôznorodosť reakcií na pôsobenie faktorov prostredia u jednotlivých jedincov druhu.

Stupeň vytrvalosti, kritické body, optimálne a pesimálne zóny jednotlivých jedincov sa nezhodujú. Táto variabilita je určená jednak dedičnými vlastnosťami jedincov, jednak rodovými, vekovými a fyziologickými rozdielmi. Napríklad molica mlynská, jeden zo škodcov múky a obilných produktov, má kritickú minimálnu teplotu pre húsenice -7°C, pre dospelé formy -22°C a pre vajíčka -27°C. Mráz 10°C zabíja húsenice, ale nie je nebezpečný pre dospelých jedincov a vajíčka tohto škodcu. V dôsledku toho je ekologická valencia druhu vždy širšia ako ekologická valencia každého jednotlivca.

4. Druhy sa prispôsobujú každému environmentálnemu faktoru relatívne nezávisle. Miera tolerancie k akémukoľvek faktoru neznamená zodpovedajúcu ekologickú valenciu druhu vo vzťahu k iným faktorom. Napríklad druhy, ktoré tolerujú veľké zmeny teploty, nemusia nevyhnutne znášať aj veľké zmeny vlhkosti alebo slanosti. Eurytermálne druhy môžu byť stenohalínne, stenobatické alebo naopak. Ekologické valencie druhu vo vzťahu k rôznym faktorom môžu byť veľmi rôznorodé. To vytvára mimoriadnu rozmanitosť prispôsobení v prírode. Ekologické spektrum druhu tvorí súbor environmentálnych valencií vo vzťahu k rôznym environmentálnym faktorom.

6. Interakcia faktorov.

Optimálna zóna a limity odolnosti organizmov vo vzťahu k akémukoľvek faktoru prostredia sa môžu posúvať v závislosti od sily a v akej kombinácii súčasne pôsobia ostatné faktory. Tento vzorec sa nazýva interakcia faktorov. Napríklad teplo sa ľahšie znáša v suchom ako vo vlhkom vzduchu. Riziko zamrznutia je oveľa väčšie v chladnom počasí so silným vetrom ako v pokojnom počasí. Rovnaký faktor v kombinácii s inými má teda rôzne vplyvy na životné prostredie. Naopak, rovnaký environmentálny výsledok možno dosiahnuť rôznymi spôsobmi. Napríklad vädnutie rastlín možno zastaviť zvýšením množstva vlhkosti v pôde a znížením teploty vzduchu, čím sa zníži výpar. Vytvára sa efekt čiastočnej substitúcie faktorov.

7. Pravidlo limitujúcich (obmedzujúcich) faktorov. Environmentálne faktory, ktoré sú najďalej od optima, sťažujú existenciu druhu v týchto podmienkach. Ak sa aspoň jeden z environmentálnych faktorov približuje alebo prekračuje kritické hodnoty, tak aj napriek optimálnej kombinácii ostatných podmienok sú jedinci ohrození smrťou. Také faktory, ktoré sa výrazne odchyľujú od optima, nadobúdajú prvoradý význam v živote druhu alebo jeho jednotlivých predstaviteľov v každom konkrétnom časovom období.

Obmedzujúce faktory prostredia určujú geografický rozsah druhu. Povaha týchto faktorov môže byť odlišná. Pohyb druhov na sever tak môže byť obmedzený nedostatkom tepla a do suchých oblastí nedostatkom vlahy alebo príliš vysokými teplotami. Biotické vzťahy môžu slúžiť aj ako limitujúce faktory pre distribúciu, napríklad obsadenie územia silnejším konkurentom alebo nedostatok opeľovačov pre rastliny.

Organizmy so širokým rozsahom tolerancie voči všetkým faktorom sú zvyčajne najrozšírenejšie.

8. Pravidlo súladu podmienok prostredia s genetickou predurčenosťou organizmu. Druh organizmov môže existovať dovtedy a do tej miery, do akej prirodzené prostredie, ktoré ho obklopuje, zodpovedá genetickým schopnostiam tohto druhu prispôsobiť sa jeho výkyvy a zmeny. Každý druh živých tvorov vznikol v určitom prostredí, v tej či onej miere sa mu prispôsobil a jeho ďalšia existencia je možná len v ňom alebo v podobnom prostredí. Prudká a rýchla zmena životného prostredia môže viesť k tomu, že genetické schopnosti druhu nebudú dostatočné na prispôsobenie sa novým podmienkam.

Portál pre školákov. Vlastná príprava

Úvod

Habitat

Enviromentálne faktory

SÚVISIACE ČLÁNKY