Коротко ответьте на следующие вопросы.

1. Как по-научному называют «санитаров планеты», разрушающих отмершиеостатки организмов и превращая их в неорганические и простейшиеорганические соединения?
2. Какой важнейший фактор среды для аэробных организмов сосредоточен ватмосфере?
3. Как называется замкнутый цикл процессов и явлений?
4. Как называются виды живых организмов, которые имеют ограниченныйареал, представленный в пределах одной небольшой географической области?
5. Как называется фактор среды, воздействие которого может выйти за пределывыносливости организма?
6. Назовите группу абиотических факторов, связанных с поступлением солнечной энергии, направлением ветров, соотношением влажности и температуры.
7. Как называют фактор среды, подразумевающий непосредственноевоздействие человека на какой-то организм или среду его обитания?
8. Как называется наилучшее сочетание условий жизни?
9. Что такое регулируемая фотопериодизмом реакция организма на изменениевремени года?

Правильный ответ: 1 – редуценты, 2 – кислород, 3 – круговорот, 4 – эндемики, 5 – ограничивающий (лимитирующий), 6 – климатические (метеорологические, погодные), 7 –антропогенный фактор, 8 – биологический оптимум, 9 – сезонный ритм(сезонный биоритм, циркадный ритм или суточный).

Оценивание:

Всего – 9 баллов.

Задание 2. «Охрана окружающей среды» (7 баллов)

Из приведённого ниже списка выберите мероприятия, способствующиеуменьшению скорости эрозионных процессов:

1. переход на малоотходные технологии;
2. организация заказников и заповедников;
3. безотвальная и плоскорезная вспашка;
4. вспашка поперёк склонов;
5. регулирование снеготаяния;
6. борьба с загрязнением воды, воздуха;
7. создание полезащитных, водорегулирующих и приовражных лесополос;
8. обработка почвы с оборотом пласта;
9. применение тяжёлой техники при обработке почвы;
10. строительство прудов на вершинах оврагов, аккумулирующих сток;
11. строительство земляных валов в местах активного водяного стока;
12. строительство водоотводящих каналов в местообитаниях с повышенной влажностью.

Правильные утверждения – 3, 4, 5, 7, 10, 11, 12.

Оценивание: 1 балл за каждый правильный ответ. Если указаны неправильные мероприятия, как правильные, то 1 балл вычитается за каждый такой неправильно выбранный пункт. В итоге, если неправильно выбранных будет больше чем правильно выбранных, то результирующий балл будет равен нулю.

Всего – 7 баллов.

Задание 3. «Численность популяций. (5 баллов)»

Проанализируйте данные 2000 года о возрастном составе населения России (150 млн жителей) и Индонезии (190 млн жителей), приведённые в таблице ниже.

Используя материалы таблицы, ответьте на следующие вопросы.

1. Рассчитайте долю (в %) молодёжи (возраст от 0 до 30 лет) в России и в Индонезии.
2. Численность населения какой страны будет заметно расти в будущем и почему?
3. Численность населения какой страны скорее всего стабильна и не имеет выраженной тенденции к росту? Объясните почему.
4. Почему в возрастной пирамиде населения России группа от 51 до 60 лет имеет численность меньшую, чем в предыдущей и последующей группах?
5. В какой стране возрастные группы людей наиболее сильно отличаются между собой по численности населения? С чем на Ваш взгляд это может быть связано?

Правильный ответ:

1. В России 44 %, в Индонезии 62 %.
2. Индонезии. Потому что численность населения в первой категории (0–10 лет)заметно выше, чем в последующих категориях.
3. России. Потому что численность населения в первой категории (0–10 лет)чуть меньше, чем в последующих категориях.
4. Люди этой группы родились в 40–50-х годах. В это время из-за Второймировой войны, голода и разрухи в стране была высокая смертностьрепродуктивной части населения, поэтому доля родившихся была значительноменьше, чем в соседние десятилетия (30–40-е и 50–60-е годы).
5. В Индонезии. В этой стране больше рождается детей и меньше выживаетлюдей старших возрастов. Поэтому по сравнению с Россией сильнее почисленности отличаются разные возрастные группы. Это характерно для странс быстро растущим населением.

Оценивание: 1 балл за каждый правильный ответ.

Всего – 5 баллов.

Задание 4. « Охрана окружающей среды» (10 баллов)

Заполните таблицу «Основные загрязнители воздуха и их воздействие наприроду и человека». В центральную колонку впишите основные источники,выделяющие атмосферные загрязнители (выбрать из списка), в правой колонкеопишите опасность, которую представляют эти вещества для природы издоровья человека. При заполнении таблицы имейте в виду, что некоторыеисточники загрязнения могут относиться к нескольким видам веществ,загрязняющих атмосферу.

Источники, загрязняющие атмосферу :

1. транспорт;
2. предприятия, обрабатывающей промышленности;
3. цементные заводы;
4. аварии на атомных реакторах;
5. производство, на котором сжигается уголь, сланцы, нефтепродукты;
6. сжигание торфа и древесины;
7. производство и транспортировка атомного оружия;
8. производство железа, меди;
9. производство серной кислоты;
10. производство азотной кислоты;
11. теплоэлектростанции (ТЭС), работающие на угле, торфе и мазуте;
12. испытания атомных и водородных бомб.

Правильный ответ:

Оценивание: по 1 баллу за каждую верно заполненную ячейку таблицы.

В столбике «Основные источники загрязнения» верно заполненной ячейкойсчитается та, в которой правильно указано два и более источника загрязнения.

В столбике «Воздействие загрязнителей на природу и человека» вернозаполненной ячейкой считается та, в которой правильно указана одна или болееиз опасностей, которую представляют эти вещества.

Всего – 10 баллов.

Задание 5. «Экология популяций» (4 балла)

Приведите по несколько примеров организмов в каждом пункте, которыеимеют островной тип распределения популяций:

• а) среди водных организмов (от 2 до 4 примеров);
• б) среди сухопутных организмов (от 2 до 4 примеров).

Примеры правильных ответов :

а) озёрные обитатели : карась, щука, дафнии, циклопы и т. д. Можно привестипримеры и морских организмов – например рыбы и беспозвоночныеАральского, Каспийского морей.

б) обитатели настоящих островов : командорский песец, сахалинский медведь.Здесь же можно указать обитателей оазисов в пустыне: финиковая пальма,влаголюбивые растения, влаголюбивые грызуны, ящерицы, черепахи и т. д.

Также можно упомянуть животных, которые фрагментировали свой ареал из-задеятельности человека (зубр, бизон, дальневосточный леопард, киви и другие).

Оценивание: по 1 баллу за 1–2 примера и 2 балла за 3–4 примера отдельно длякаждого подпункта вопроса.

Всего – 4 балла.

Задание 6. «Взаимодействие видов в экосистемах» (4 балла)

Компонентами экосистемы пресноводного водоёма могут быть:

• рыбы;
• бактерии;
• дафнии, моллюски;
• водоросли и высшие водные растения;
• простейшие – инфузории;
• грибы.

Изобразите схему потоков вещества и энергии в экосистеме водоёма. Блоками выделите её компоненты, а стрелочками (направленными как в одну сторону, так и в обе) потоки вещества и энергии. Объясните, почему исключение некоторых элементов, например, мелких беспозвоночных животных, из этой схемы приведёт к резкому нарушению равновесия данной экосистемы.

Правильный ответ :

Итоговая схема :

Исключение дафний, моллюсков и инфузорий из этой экосистемы приведёт с одной стороны к исчезновению кормовой базы для рыб и, соответственно, их гибели, а с другой к сильному разрастанию водорослей и высших водных растений (вода зацветёт).

Оценивание : 1 балл за 1–4 правильно расставленные стрелки (в том числе и с правильным их направлением), 2 балла за 5–8 правильно расставленных стрелок, 3 балла за 9–12 правильно расставленных стрелок. Обоюдоострые стрелки считаются за две!

Плюс 1 балл за правильное объяснение про исключение дафний, моллюсков и инфузорий.

Всего – 4 балла.

Задание 7. «Экология популяций» (6 баллов)

В природе биоценозы с течением времени изменяются и преобразуются.

Опишите общие закономерности саморазвития экосистем, не испытывающих негативного влияния антропогенных факторов.

Правильный ответ:

Правильный ответ должен включать следующие пункты:

1. постепенное увеличение видового разнообразия;
2. смена доминирующих видов;
3. усложнение цепей питания;
4. усиление взаимовыгодных связей;
5. увеличение общей биомассы и продукции сообщества;
6. увеличение расхода продукции в цепях питания.

Оценивание: по 1 баллу за каждый правильно указанный пункт.

Всего – 6 баллов.

1.3. Взаимоотношения организма и среды

Среда обитания – это природное окружение живого организма. Важные для жизни организма компоненты окружающей среды, с которыми он неизбежно сталкивается, называются экологическими факторами . Эти факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.

1.3.1. Типы экологических взаимодействий

Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические и неантагонистические .

Хищничество – форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов живёт за счёт другого, поедая его.

Конкуренция – форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга.

Основные формы неантагонистических взаимодействий: симбиоз, мутуализм и комменсализм.

Симбиоз (сожительство) – это обоюдовыгодные, но необязательные взаимоотношения разных видов организмов.

Мутуализм (взаимный) – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов.

Комменсализм (сотрапезник) – взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны.

1.3.2. Круговорот веществ

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Некоторое количество веществ может на время выбывать из биологического круговорота (осаждаться на дне океана, морей, выпадать в глубины земной коры). Но большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический) совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его – в образовании живого вещества из неорганического в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое–то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называют биофильными [Ананьева, 2001].

1.3.3. Экологические факторы

Экологические факторы – движущая сила, причина какого–либо процесса, явления – любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, называют экологическим фактором.
Экологические факторы среды принято делить на две группы:

Факторы косной (неживой) природы – абиотические или абиогенные;


Факторы живой природы – биотические или биогенные.

Абиотические факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение организмов. Их делят на физические, химические и эдафические.

Физические факторы – это те, источник которых – физическое состояние или явление (механическое, температурное воздействие и др.), химические происходят от химического состава среды (солёность воды, содержание кислорода и др.), эдафические (почвенные) – это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающие воздействие как на организмы почвенной биоты, так и на корневую систему растений (влияние влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п. на рост и развитие растений).

Всё живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду. Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Биотические факторы способны влиять на абиотическую среду, создавая микроклимат или микросреду: например, в лесу летом прохладнее и влажнее, а зимой – теплее. Но микросреда может иметь и абиотическую природу: под снегом, в результате его отепляющего действия, выживают мелкие животные (грызуны), сохраняются всходы озимых злаков.

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.).

В начале 70-х годов XX в. американский биолог и эколог Барри Коммонер обобщил системность в экологии в виде четырёх законов. Их соблюдение – обязательное условие любой деятельности человека в природе.

1 закон: Всё связано со всем . Любое изменение, совершаемые человеком в природе, вызывает цепь последствий, как правило, неблагоприятных. 2 закон: Всё должно куда-то деваться . Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде "экологического бумеранга". Любое наше вмешательство в природу возвращается к нам повышенными проблемами. 3 закон: Природа знает лучше . Действия человека должны быть направлены не на покорение природы и преобразование её в своих интересах, а на адаптацию к ней. 4 закон: Ничего не даётся даром . Если мы не хотим вкладывать средства в охрану природы, то придётся платить здоровьем, как своим, так и потомков.

Биотические факторы , воздействующие на растения как первичные продуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные и фитогенные.

Живое неотрывно от среды. Среда – одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, всё то, среди чего он живёт и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определённому комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмов необходимо определённое сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором.

Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих в 1840 г. первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума ; в честь автора его ещё называют законом Либиха:

Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п.

Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввёл американский зоолог В. Шелфорд в 1913г., сформулировавший закон толерантности :

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения .

Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки , за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными (форель, орхидея), а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, – эврибионтными (мыши, крысы, тараканы).

1.3.4. Состав среды

Состав водной среды . Большая часть поверхности Земли покрыто водой. Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от её химического состава. Тем не менее, проблемы, связанные с водой, возникают даже у водных организмов.

Состав воздуха . Состав воздуха в современной атмосфере находится в состоянии динамического равновесия, зависящего от жизнедеятельности живых организмов и геохимических явлений глобального масштаба.

Состав почв представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, включающей твёрдые, жидкие и газообразные компоненты.

В процессе исторического развития живые организмы освоили четыре среды обитания . Первая – вода. В воде жизнь зародилась и развивалась многие миллионы лет. Вторая – наземно-воздушная – на суше и в атмосфере возникли и бурно адаптировались к новым условиям растения и животные. Постепенно преобразуя верхний слой суши – литосферы, они создали третью среду обитания – почву, а сами стали четвёртой средой обитания [Акимова, 2001].

Экологические факторы — это комплекс окружающих условий, воздействующих на живые организмы. Различают факторы неживой природы — абиотические (климатические, эдафические, орографические, гидрографические, химические, пирогенные), факторы живой природы — биотические (фитогенные и зоогенные) и факторы антропогенные (воздействие человеческой деятельности). К лимитирующим относятся любые факторы, ограничивающие рост и развитие организмов. Приспособление организма к среде обитания называется адаптацией. Внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды, называется жизненной формой.

Понятие об экологических факторах среды, их классификация

Отдельные компоненты среды обитания, воздействующие на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды, или экологическими факторами. Иначе говоря, комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов, носит название экологические факторы среды.

Все экологические факторы делят на группы:

1. включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют:

• климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);
• эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.);
• орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);
• гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);
• химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);
• пирогенные (воздействие огня).

2. — совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся:

• фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);
• зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов.

Воздействие экологических факторов на организм

Воздействие среды обитания воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды , вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).

Называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

Физические факторы - те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.

Химические факторы — те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода и т.п.

Эдафические (или почвенные) факторы представляют собой совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Например, влияние биогенных элементов, влажности, структуры почвы, содержание гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм

— факторы деятельности человека, воздействующие на окружающую природную среду ( и гидросферы, эрозия почв, уничтожение лесов и т.п.).

Лимитирующими (ограничивающими) экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка питательных веществ по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием).

Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).

Адаптация состоит в приспособлении организма к условиям среды обитания.

Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях — от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Адаптации могут быть морфологическими, когда меняется строение организма вплоть до образования нового вида, и физиологическими, когда происходят изменения в функционировании организма. К морфологическим адаптациям близко примыкает приспособительная окраска животных, способность менять ее в зависимости от освещенности (камбала, хамелеон и др.).

Широко известны примеры физиологической адаптации — зимняя спячка животных, сезонные перелеты птиц.

Весьма важными для организмов являются поведенческие адаптации. Например, инстинктивное поведение определяет действие насекомых и низших позвоночных: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и др. Такое поведение генетически запрограммировано и передается по наследству (врожденное поведение). Сюда относится: способ построения гнезда у птиц, спаривание, выращивание потомства и др.

Существует также и приобретенное повеление, полученное индивидом в процессе его жизни. Обучение (или научение) - главный способ передачи приобретенного поведения от одного поколения к другому.

Способность индивида управлять своими познавательными способностями, чтобы выжить при неожиданных изменениях среды обитания, является интеллектом. Роль научения и интеллекта в поведении возрастает с совершенствованием нервной системы — увеличением коры головного мозга. Для человека — это определяющий механизм эволюции. Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая мистичность вида.

Совместное действие экологических факторов на организм

Экологические факторы обычно действуют не по одному, а комплексно. Действие одного какого-либо фактора зависит от силы воздействия других. Сочетание разных факторов оказывает заметное влияние на оптимальные условия жизни организма (см. рис. 2). Действие одного фактора не заменяет действие другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно наблюдать «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, воздействуя изменениями температуры, можно приостановить, например фотосинтез растений.

В комплексном влиянии среды воздействие различных факторов для организмов неравноценно. Их можно подразделить на главные, сопутствующие и второстепенные. Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Роль ведущего фактора в разное время года может меняться.

Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях.

Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием о . Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Действие лимитирующего фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Лимитирующими могут выступать как ведущие, так и второстепенные экологические факторы.

Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком 10. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как отмечалось ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.

В общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам, переносимым данным организмом (1913 г.). Эти два предела называют пределами толерантности.

По «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека (рис. 3).

Рис. 3. Влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Макс — максимальная жизненная активность; Доп — допустимая жизненная активность; Опт — оптимальная (не влияющая на жизненную активность) концентрация вредного вещества; ПДК — предельно допустимая концентрация вещества, существенно не изменяющая жизненную активность; Лет — летальная концентрация

Концентрация влияющего фактора (вредного вещества) на рис. 5.2 обозначена символом С. При значениях концентрации С = С лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях С = С пдк. Следовательно, диапазон толерантности ограничивается именно значением С пдк = С лим. Отсюда, С пдк необходимо определить экспериментально для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его С плк в конкретной среде обитания (жизненной среде).

В охране окружающей среды важны именно верхние пределы устойчивости организма к вредным веществам.

Таким образом, фактическая концентрация загрязняющего вещества С факт не должна превышать С пдк (С факт ≤ С пдк = С лим).

Ценность концепции лимитирующих факторов (С лим) состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и он присутствует в среде в умеренных количествах, то такой фактор вряд ли является лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то именно этот фактор и заслуживает внимательного изучения, так как он может быть лимитирующим.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания. Окружающие условия многообразны и изменчивы. Не все факторы среды с одинаковой силой воздействуют на живые организмы. Одни могут быть необходимы для организмов, другие, наоборот, вредны; есть такие, которые вообще безразличны для них. Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами.

Абиотические факторы - это все факторы неживой природы. К ним относятся физические и химические характеристики среды, а также климатические и географические факторы, имеющие сложную природу: смена сезонов года, рельеф, направление и сила течения или ветра, лесные пожары и др.

Биотические факторы - сумма воздействий живых организмов. Многие живые организмы влияют друг на друга непосредственно. Хищники поедают жертв, насекомые пьют нектар и переносят пыльцу с цветка на цветок, болезнетворные бактерии образуют яды, разрушающие клетки животных. Кроме того, организмы косвенно воздействуют друг на друга, изменяя среду обитания. Например, отмершие листья деревьев образуют опад, который служит местом обитания и пищей для многих организмов.

Антропогенный фактор - вся разнообразная деятельность человека, которая приводит к изменению природы как среды обитания всех живых организмов или непосредственно сказывается на их жизни.

Биологический оптимум. Часто в природе бывает так, что одни экологические факторы находятся в изобилии (например, вода и свет), а другие (например, азот) - в недостаточных количествах. Факторы, снижающие жизнеспособность организма, называют ограничивающими (лимитирующими). Например, ручьевая форель живет в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. При содержании в воде кислорода менее 1,6 мг/л форель гибнет. Кислород - ограничивающий фактор для форели.

Ограничивающим фактором может быть не только его недостаток, но и избыток. Тепло, например, необходимо всем растениям. Однако если продолжительное время летом стоит высокая температура, то растения даже при увлажненной почве могут пострадать из-за ожогов листьев.

Следовательно, для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его роста, развития и размножения. Наилучшее сочетание условий называют биологическим оптимумом. Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение. Умело поддерживая оптимальные условия жизнедеятельности сельскохозяйственных растений и животных, можно повышать их продуктивность.

Влияние основных абиотических факторов на живые организмы. В каждой среде действует своя совокупность абиотических факторов. Некоторые из них играют важную роль во всех трех основных средах (в почве, воде, на суше) или в двух.

Температура и ее влияние на биологические процессы, Температура - один из важнейших абиотических факторов. Во-первых, она действует везде и постоянно. Во-вторых, температура влияет на скорость многих физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в живых организмах и их клетках. С повышением температуры до определенного предела скорость реакции увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры резко падает. Вот почему температура влияет на скорости различных физиологических процессов, от пищеварения до проведения нервного импульса. Слишком низкие и слишком высокие значения температуры губительны для клеток.

Физиологические адаптации. На основе физиологических процессов многие организмы могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эта способность называется терморегуляцией. Обычно терморегуляция сводится к тому, что температура тела поддерживается на более постоянном уровне, чем температура окружающей среды. Более разнообразны по способностям к терморегуляции животные. Все животные делятся по этому признаку на холоднокровных и теплокровных.

Температура тела у холоднокровных животных изменяется при изменении температуры внешней среды. Теплокровные животные благодаря наличию таких ароморфозов, как четырехкамерное сердце, механизмы терморегуляции (перьевой и волосяной покровы, жировая ткань и др.), способны поддерживать постоянную температуру тела даже при ее сильных колебаниях.

Влияние влажности на наземные организмы. Все живые организмы испытывают потребность в воде. Биохимические реакции, идущие в клетках, протекают в жидкой среде. Вода для живых организмов служит «универсальным растворителем»; в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена и др. Повышенная или пониженная увлажненность накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру организмов. Так, в условиях недостаточного увлажнения (степи, полупустыни, пустыни) распространены растения-ксерофиты. Они выработали приспособления к постоянному или временному недостатку влаги в почве или воздухе, что обусловлено их анатомическими, морфологическими и физиологическими особенностями. Так, многолетние растения пустыни имеют сильно развитые корни, иногда очень длинные (у верблюжьей колючки до 16м), достигающие влажного слоя, или чрезвычайно разветвленные.

Роль света в жизни гетеротрофов. Для многих микробов и некоторых животных прямой солнечный свет губителен. Гетеротрофы - организмы, потребляющие готовые органические вещества и не способные к их синтезу из неорганических. В жизни большинства животных свет играет важную роль. Животные, ориентирующиеся с помощью зрения, приспособлены к определенной освещенности. Поэтому практически все животные имеют выраженный суточный ритм активности и заняты поисками пищи в определенное время суток. Многие насекомые и птицы, как и человек, способны запоминать положение Солнца и использовать его как ориентир, позволяющий находить обратную дорогу. Для многих планктонных животных изменения освещенности служат стимулом, вызывающим вертикальные миграции. Обычно ночью мелкие планктонные животные поднимаются в верхние слои, более теплые и богатые пищей, а днем опускаются на глубину.

Фотопериодизм. В жизни большинства организмов важную роль играет смена сезонов года. Со сменой сезонов меняются многие факторы среды: температура, количество осадков и др. Однако наиболее закономерно изменяется длина светового дня. Для многих организмов изменение длины дня служит сигналом смены сезонов. Реагируя на изменение длины дня, организмы подготавливаются к условиям наступающего сезона. Эти реакции на изменение длины дня называют фотопериодическими реакциями, или фотопериодизмом. От длины дня зависят сроки цветения и другие процессы у растений. У многих пресноводных животных укорочение дней осенью вызывает образование покоящихся яиц и цист, переживающих зиму. Для перелетных птиц сокращение светлого времени суток служит сигналом к началу миграции. У многих млекопитающих от длины дня зависит созревание половых желез и сезонность размножения. Как показали недавние исследования, у многих людей, живущих в умеренном поясе, короткий фотопериод в зимнее время вызывает нервное расстройство - депрессию. Для лечения этого заболевания человека достаточно каждый день в течение определенного периода времени освещать ярким светом.

Живые организмы и их неживое окружение неразрывно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Совместно живущие организмы различных видов обмениваются веществом и энергией между собой и окружающей их физической средой. Эта сеть вещественно-энергетических взаимосвязей объединяет живые организмы и окружающую их среду в сложные экологические системы.

Предмет экологии. Экология (от греч. «ойкос» - жилище, убежище и «логос» - наука) - это наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Экология занимается отдельными особями, популяциями (состоящими из особей одного вида), сообществами (состоящими из популяций) и экосистемами (включающими сообщества и окружающую их среду). Экологи изучают, как среда влияет на живые организмы и как организмы воздействуют на среду. Исследуя популяции, экологи решают вопросы об отдельных видах, об устойчивых изменениях и колебаниях численности популяций. При изучении сообществ рассматривается их состав или структура, а также прохождение через сообщества энергии и вещества, т. е. то, что называют функционированием сообществ.

Экология занимает значительное место среди других биологических дисциплин и связана с генетикой, эволюционным учением, этологией (наукой о поведении), физиологией.

Самая тесная связь существует между экологией и теорией эволюции. Благодаря естественному отбору в процессе исторического развития органического мира оставались лишь те виды, популяции и сообщества, которые в борьбе за существование выживали и приспосабливались к меняющейся среде обитания.

Понятие «экология» распространено очень широко. Под экологией в большинстве случаев понимают любое взаимодействие человека и природы или, чаще всего, ухудшение качества окружающей нас среды, вызванное хозяйственной деятельностью. В этом смысле экология касается каждого из членов общества.

Экология, понимаемая как качество окружающей среды, воздействует на экономику и определяется ею, вторгается в социальную жизнь, влияет на внутреннюю и внешнюю политику государств и зависит от политики.

В обществе растет беспокойство по поводу ухудшающегося состояния окружающей среды и начинает формироваться чувство ответственности за состояние природных систем Земли. Экологическое мышление, т. е. анализ всех принимаемых хозяйственных решений с точки зрения сохранения и улучшения качества окружающей среды, стало абсолютно необходимым при разработке любых проектов освоения и преобразования территорий.

Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания. Окружающие условия многообразны и изменчивы. Не все факторы среды с одинаковой силой воздействуют на живые организмы. Одни могут быть необходимы для организмов, другие, наоборот, вредны; есть такие, которые вообще безразличны для них. Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами.

По происхождению и характеру действия все экологические факторы разделяют на абиотические, т. е. факторы неорганической (неживой) среды, и биотические, связанные с влиянием живых существ. Эти факторы подразделяют на ряд частных факторов.

Биологический оптимум. Часто в природе бывает так, что одни экологические факторы находятся в изобилии (например, вода и свет), а другие (например, азот) - в недостаточных количествах. Факторы, снижающие жизнеспособность организма, называют ограничивающими. Например, ручьевая форель живет в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. При содержании в воде кислорода менее 1,6 мг/л форель гибнет. Кислород - ограничивающий фактор для форели.

Ограничивающим фактором может быть не только его недостаток, но и избыток. Тепло, например, необходимо всем растениям. Однако если продолжительное время летом стоит высокая температура, то растения даже при увлажненной почве могут пострадать из-за ожогов листьев.

Следовательно, для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его роста, развития и размножения. Наилучшее сочетание условий называют биологическим оптимумом.

Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение. Умело поддерживая оптимальные условия жизнедеятельности сельскохозяйственных растений и животных, можно повышать их продуктивность.

Приспособленность организмов к среде обитания. В процессе эволюции организмы приспособились к конкретным условиям среды обитания. У них выработались специальные приспособления, позволяющие избежать или преодолеть действие неблагоприятного фактора. Например, растения пустыни могут переносить длительную засуху, так как они обладают различными приспособлениями к добыванию воды и уменьшению испарения. Одни растения имеют глубокие и разветвленные корневые системы, более эффективно поглощающие воду, другие (например, кактусы) накапливают воду в тканях. У некоторых растений листья имеют восковой налет и поэтому меньше испаряют влагу. В сухой сезон многие растения уменьшают листовую поверхность, а отдельные кустарники сбрасывают все листья и даже целые ветки. Чем мельче листья, тем меньше испарение и тем меньше надо воды, чтобы выжить в жару и засуху.

Характерная черта приспособлений организмов - поселение в такой среде, где условия для жизнедеятельности ближе всего к их биологическому оптимуму. Организмы всегда приспосабливаются ко всему комплексу экологических факторов, а не к одному какому-либо фактору.

1. Какую роль различные абиотические факторы (температура, влажность) играют в жизни высших растений и животных?
2. Приведите примеры использования человеком знаний о взаимоотношениях организмов в своей практической деятельности.
3. Приведите примеры биологического оптимума для известных вам растений, животных, грибов.
4. Объясните, как изменения экологического фактора влияют на урожай.