Взаимосвязи организмов и окружающей среды – CGI script error

Взаимоотношения организма и среды

Существуют два понятия — среда и условия существования организмов.

Среда — часть природной среды, непосредственно окружающая данные живые организмы.

Среда каждого организма слагается из множества элементов органической и неорганической природы и элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие почти или полностью безразличны для него, а третьи оказывают вредное воздействие. Земными организмами освоены четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и сами живые организмы.

Условия существования — это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может

.

Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называют экологическими факторами. В природе эти факторы действуют не изолированно друг от друга, а в виде сложного комплекса. Все факторы можно разделить на три основные группы: абиотические, биотические, антрогеннные.

Абиотические факторы — это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Физические — это те, источником которых служит физическое состояние или явление.

Химические — те, которые происходят от химического состава среды.

Эдафические, т.е. почвенные, — это совокупность химических, физических и механических свойств почвы и горных пород, оказывающих воздействие на организмы, живущие в них.

Биотические факторы среды — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Они носят разнообразный характер. Живые существа служат источником пищи, средой обитания, способствуют размножению, оказывают химические, физические и другие воздействия. Биотические факторы действуют не только непосредственно, но и косвенно — через окружающую неживую природу. Например, бактерии влияют на состав почвы.

Антропогенные факторы — совокупность воздействия деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования люди оказывают на окружающую их среду заметное влияние. Но в значительно большей степени на природу влияет производственная деятельность человека, причем влияние этой деятельности все более и более возрастает.

Рассмотрим более подробно влияние на организм абиотических факторов.

Естественно, что каждый экологический фактор оказывает на организм индивидуальное действие, и каждый организм на каждый фактор реагирует индивидуально. Однако эффект воздействия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора, при котором организм может сохранять жизнеспособность, тем выше выносливость, т.е. толерантность данного организма к соответствующему фактору (от лат.

толеранция — терпение). Таким образом, толерантность — это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Экологически маловыносливые виды называются стенобионтными (stenos – узкий), более выносливые — эврибионтными (eurys — широкий). Отношение организмов к колебаниям того или иного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Так, по отношению к температуре различают организмы эври- и стенотермные, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и т.д.

Уменьшение или увеличение этой дозы относительно пределов оптимального диапазона снижает жизнедеятельность организма, а при достижении максимума или минимума вообще исключается возможность его существования. Границы, за которыми существование организма невозможно, называются верхним и нижним пределами выносливости. Впервые предположение об ограничивающем влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным было высказано в 1913 г. американским зоологом В.Шелфордом, сформулировавшем фундаментальный биологический

закон толерантности. Современная его формулировка такова: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний предел устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Для каждого вида характерна своя степень толерантности. Например, растения и животные умеренного пояса могут существовать в довольно широком температурном диапазоне, виды же тропического климата не выдерживают значительных колебаний температур.

Степень выносливости к разным факторам среды и разным спектрам этих факторов у разных особей разная, поэтому выносливость у популяции значительно шире, чем у отдельных особей

.

Проявление любого фактора на разных территориях разное, а, поскольку, каждый вид на этот фактор реагирует по-разному, то ясно, что заселение территории каким-либо видом избирательно.

Все факторы в природе воздействуют на организм одновременно. Причем не в виде простой суммы, а как сложное взаимодействующее соотношение. Поэтому оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то фактору зависят от других воздействий. Например, при оптимальной температуре возрастает выносливость к неблагоприятной влажности, недостатку питания. С другой стороны, обилие пищи увеличивает устойчивость организма к изменениям нескольких климатических факторов. Но в любом случае, при изменении того или иного условия жизнедеятельность организма лимитируется тем фактором, который сильнее отклоняется от оптимальной для вида величины.

На этом основании становится ясно, почему закон толерантности носит одновременно второе название – закон лимитирующих факторов: даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе – к его гибели.

Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении оказывается близким к пределам выносливости организма, называется

ограничивающим (лимитирующим).

Различные виды организмов предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, температуре, влажности, освещенности и т.д. Поэтому на разных почвах, в разных климатических условиях произрастают различные растения. В свою очередь, в растительных ассоциациях формируются разные условия для животных. Приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи, животные, растения и микроорганизмы закономерно распределяются по различным средам и формируют многообразные экосистемы. Каждый вид обладает специфическим экологическим спектром, т.е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды.

Кроме традиционной классификации экологических факторов (абиотические, биотические и антропогенные) существует еще классификация, основанная на оценке адаптивности реакций организмов на воздействие факторов среды (по А.С. Мончадскому). Эта классификация подразделяет все экологические факторы на три группы: первичные периодические, вторичные периодические, непериодические.

В первую очередь возникает адаптация к тем факторам среды, которым свойственна периодичность — дневная, лунная, сезонная или годовая, как прямое следствие вращения земного шара вокруг своей оси или его движения вокруг Солнца, или смены лунных фаз.

Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле, и поэтому адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древняя, что прочно укрепилась в наследственной основе.

Температура, освещенность, приливы и отливы — примеры первичных периодических факторов, которые играют преобладающую роль во многих местообитаниях.

Изменения вторичных периодических факторов есть следствия изменений первичных. Так, влажность воздуха — это вторичный фактор, являющийся функцией от температуры. Для водной среды содержание кислорода, количество растворенных солей, мутность, скорость течения и другие являются вторичными периодическими факторами. Организмы приспособились к вторичным периодическим факторам не так давно, и их адаптация выражена не столь четко. Как правило, вторичные периодические факторы сказываются на численности видов в пределах их ареалов, но мало влияют на размер самих ареалов.

Непериодические факторы в местообитаниях организма в нормальных условиях не существуют. Они проявляются внезапно, поэтому организмы обычно не успевают выработать к ним приспособления. В эту группу входят некоторые климатические факторы, например, ураганы, грозы, а также пожары, хозяйственная деятельность человека.

Рассмотрим более подробно некоторые абиотические факторы.

Среди абиотических факторов одним из важнейших является

лучистая энергия Солнца (свет). Из всего спектра солнечного излучения, достигающего земной поверхности, только около 40% составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР), имеющая длину волны 380… 710 нм. Только эта часть электромагнитного излучения может быть преобразована растениями в энергию химических связей органического вещества в процессе фотосинтеза. Да и то растительность планеты в среднем усваивает не более 0,8-1,0 % ФАР.

В целом свет влияет на скорость роста и развитие растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности и температуры среды, является важным сигнальным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы.

Не меньшее значение для организмов имеют такие факторы, как температура, вода и воздух, свойство и количество которых определяет видовое и количественное разнообразие живых организмов на конкретной территории.

Температура главным образом связана с солнечным излучением.

При температуре ниже точки замерзания воды живая клетка физически повреждается образующимися кристаллами льда и гибнет, а при высоких температурах происходит денатурация ферментов. Абсолютное большинство растений и животных не выдерживает отрицательных температур тела. Верхний температурный предел жизни редко поднимается выше 40…45 ОС.

В диапазоне между крайними границами скорость ферментативных реакций (следовательно, и интенсивность обмена веществ) удваивается с повышением температуры на каждые 10 ОС. Значительная часть организмов способна контролировать (поддерживать) температуру своего тела, причем, в первую очередь, наиболее жизненно важных органов. Такие организмы носят название гомойотермных (теплокровных) в отличие от пойкилотермных (холоднокровных), имеющих непостоянную температуру, зависящую от температуры окружающей среды. Кроме того, есть небольшая группа животных (гетеротермные) у которых в активных период жизни температура постоянная, но во время спячки она значительно снижается.

Что касается воды, то по отношению к этому экологическому фактору проблемы возникают лишь у наземных организмов, поскольку наземные организмы постоянно теряют воду и нуждаются в регулярном ее пополнении. В процессе эволюции у этих организмов выработались многочисленные сложные приспособления, регулирующие водный обмен и обеспечивающие экономное расходование влаги. Эти приспособления носят анатомо-морфологический, физиологический и поведенческий характер.

По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные, предпочитающие умеренную влажность. Однако это деление относительно и в значительной степени условно, поскольку между указанными группами имеется множество переходных форм.

Наиболее четко особенности приспособления к тому или иному водному режиму выражены у растений, так как они не могут передвигаться и активно отыскивать необходимую среду. По отношению к воде все растения делят на три большие группы.

Гигрофиты – растения, обитающие во влажных местах, не переносящие водного дефицита и обладающие невысокой засухоустойчивостью.

Мезофиты – это растения умеренно увлажненных местообитаний.

Ксерофиты – растения сухих местообитаний. По характеру анатомо-морфологических и физиологических адаптаций, обеспечивающих активную жизнь этих растений при дефиците влаги, ксерофиты разделяются на две основные группы: Суккуленты, способные накапливать в тканях большое количество воды и Склерофиты – сухие, жесткие кустарники или травы, обладающие мощно развитой корневой системой.

Среди наземных животных по отношению к водному режиму также можно выделить три экологические группы, но они выражены менее четко, чем у растений. Это Гигрофилы – влаголюбивые животные, нуждающиеся в высокой влажности среды (мокрицы, комары, дождевые черви). Мезофилы – животные, обитающие в условиях умеренной влажности. Ксерофилы – это сухолюбивые животные, не переносящие высокой влажности. Например, такие обитатели пустынь, как верблюды, пустынные грызуны и пресмыкающиеся, легко переносят сухость воздуха в сочетании с высокой температурой. У всех ксерофилов хорошо развиты механизмы регуляции водного обмена и приспособления к удержанию воды в теле.

Что касается обитателей воды (их называют гидробионтами), то их принято делить на три экологические группы.

Нектон – это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. В основном это крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные водные течения. Для них характерна обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Это рыбы, кальмары, киты, ластоногие. В пресных водах к нектону относятся земноводные и активно перемещающиеся насекомые.

Планктон – это совокупность организмов, не обладающих способностью к быстрым активным передвижениям. Эти организмы не могут противостоять течениям. В основном это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон. Однако среди зоопланктона встречаются настоящие гиганты. Например, плавающий гребневик венерин пояс достигает в длину 1,5 м, а медуза цианея имеет колокол диаметром до 2 м и щупальца длиною в 30 м.

Бентос – совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Бентос подразделяется на фитобентос и зообентос. В основном он представлен прикрепленными или медленно передвигающимися, а также роющимися в грунте животными. Только на мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих (консументы) и разрушающих (редуценты) его. На больших глубинах, куда не проникает свет, фитобентос отсутствует.

Водная среда поддерживает находящиеся в ней организмы, однако в большинстве случаев плотность живых тканей выше, чем плотность соленой или пресной воды. У водных животных и растений в процессе эволюции выработалось множество разнообразных структур, препятствующих или замедляющих погружение. У рыб имеются плавательные пузыри – небольшие наполненные газом мешки, находящиеся в полости тела и приближающие его удельный вес к удельному весу воды. У многих крупных бурых водорослей, растущих обычно в мелких прибрежных водах, имеются воздушные пузыри, выполняющие аналогичную функцию. Благодаря этим пузырям листовидный таллом этих водорослей, прочно прикрепленный к субстрату, поднимается со дна к поверхностным водам, освещенным солнцем и богатым кислородом. Быстро передвигающиеся водные организмы (нектон), как правило, имеют обтекаемую форму тела, позволяющую им уменьшать сопротивление такой вязкой среды как вода (вязкость воды более чем в 50 раз выше вязкости воздуха). Пропорции многих рыб с точки зрения физики приближаются к идеальным.

Способность воды к поглощению и рассеиванию света достаточно велика и это сильно ограничивает глубину освещаемой Солнцем зоны океана. Поскольку для фотосинтеза необходим свет, глубина, на которой в океане одно встретить растения, тоже ограничена; они обитают только в относительно узкой зоне, куда проникает свет и где интенсивность фотосинтеза превосходит интенсивность дыхания растений.

Между некоторыми организмами и факторами среды существует столь тесная связь, что по состоянию этих организмов можно судить о типе физической среды и ее состоянии, например, о ее загрязнении. Такие организмы называют индикаторами среды. Например, исчезновение лишайников на стволах деревьев свидетельствует об увеличении содержания сернистого газа в воздухе.

Среди биотических факторов наибольшее значение имеют пищевые взаимоотношения, рассмотренные в предыдущем разделе. Однако кроме пищевых отношений между организмами существуют и другие взаимодействия.

Ю.Одум (1975) выделил 9 типов взаимодействий:

  1. нейтрализм, при котором ассоциации двух популяций не сказывается ни на одной из них;

  2. взаимное конкурентное подавление, при котором обе популяции активно подавляют друг друга;

  3. конкуренция из-за ресурсов, при которой каждая популяция неблагоприятно действует на другую при борьбе за пищевые ресурсы в условиях их недостатка;

  4. аменсализм, при котором одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния;

  5. паразитизм, антагонистическое сожительство разноимённых организмов (растений, животных), при котором один (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания и источника питания, причиняя ему определённый вред.

  6. хищничество, при котором одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но, тем не менее, зависит от другой;

  7. комменсализм, при котором одна популяция извлекает пользу из объединения, а для другой это объединение безразлично;

  8. протокооперация, при которой обе популяции получают преимущество от объединения, но их связь не облигатна;

  9. мутуализм, при котором связь популяций благоприятна для роста и выживания обеих, причем в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой.

Приведем примеры разных форм взаимоотношений между видами. Примерами мутуализма являются ассоциации между растениями и азотфиксирующими бактериями в корневых клубеньках бобовых или между деревьями и грибами, образующими микоризу. Один из видов предоставляет другому какой-либо материал или «услугу», получая от своего партнера что-нибудь взамен: азотфиксирующие бактерии снабжают растения органическим азотом, получая от них сахара; микоризные грибы в обмен на сахара снабжают деревья минеральными веществами, которые они добывают из почвы. Примером мутуализма являются лишайники – ассоциация гриба с зеленым растением. Зеленое растение (водоросль) снабжает гриб сахарами, которые оно создает в процессе фотосинтеза, получая от гриба минеральные вещества, извлекаемые им иногда буквально из голых камней. Эта своеобразная ассоциация между организмами, обладающими совершено различными свойствами, дает лишайникам возможность заселять местообитания, не пригодные ни для каких других форм жизни. Взаимоотношения между насекомыми-опылителями и опыляемыми ими растениями также представляют собою пример мутуализма.

Мутуализм – это облигатное (обязательное) взаимодействие организмов, полезное для обеих популяций. Существует похожая форма симбиотических отношений, когда взаимодействие партнеров обоюдно выгодно, но не обязательно для их существования и носит временный характер. Такая форма взаимоотношений носит название протокооперации. Примеры ее можно найти, например, среди обитателей коралловых рифов. Различные виды кишечнополостных, поселяясь на панцирных ракообразных, маскируют последних, а сами поглощают остатки трапезы раков и перемещаются с их помощью. Одним из примеров мутуализма высших растений и грибов – это микориза – «грибокорень» — тесное взаимодействие грибов корневой ткани у большинства высших растений. Грибы помогают растениям получать минеральное питание, а сами берут у них часть необходимого им органического углерода. Лишь представители очень немногих семейств (например, крестоцветные) не образуют такой ассоциации. Все доминанты основных типов растительности на Земле – лесные деревья, травы и кустарники – имеют хорошо выраженную микоризу. Комменсализм как форма сожительства организмов, широко распространена в природе. Комменсализм трактуется как тип взаимоотношений, когда одна популяция извлекает выгоду из взаимодействия с другой, а другая не подвергается влиянию первой, или же при котором один из сожителей использует особенности образа жизни и строения другого партнера и, будучи для него безвредным, извлекает для себя одностороннюю пользу, или же как форма симбиоза, при которой один симбионт живет за счет избытка пищи другого организма, но вреда ему не приносит. Комменсальные отношения основываются на использовании пространства, пищи, субстрата, морфологических особенностей партнеров. Ракообразные – морские уточки используют в качестве субстрата губок, кораллы, мшанок, морских лилий и морских ежей. Некоторые полихеты – многощетинковые черви, используют рака-отшельника как убежище и поедают остатки его пищи. На основе пищевого и оборонительного поведения осуществляются комменсальные отношения у рыб с кораллами и актиниями. Например, рыба Amphiprion использует щупальца актиний для защиты от врагов.

Организмы, которые потенциально могут использовать одни и те же ресурсы, называются конкурентами. Конкуренцию можно определить как использование некоего ресурса (пищи, воды, света, пространства) каким-либо организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для других организмов. Если конкурирующие организмы принадлежат к одному виду, то взаимоотношения между ними называют внутривидовой конкуренцией; если же они относятся к разным видам – межвидовой. В обоих случаях некий ресурс, потребляемый одной особью, уже не может быть использован другой особью. Когда лисица поймает кролика, то для других лисиц в популяции жертвы становится одним кроликом меньше, причем не только для лисиц, но и для рысей, ястребов и других хищников, которые тоже охотятся на кроликов.

Существует конкуренция и в популяциях растений. Например, если посеять на небольшую площадь много семян какого-либо растения, то сначала они дружно взойдут, но по мере роста проростков многие из них гибнут из-за интенсивной конкуренции. Плотность выживших растений уменьшается. В то же время рост биомассы выживших растений превышает потери популяции из-за гибели проростков, и общий вес насаждения возрастает. Этот процесс носит название самоизреживания растений.

Хищничество как форма биологических взаимоотношений между организмами, не имеет единого определения. Э.Пианка (1981) называет хищничеством «… такое взаимодействие между популяциями, при котором одна из популяций, неблагоприятно влияя на другую, сама получает выгоду от этого взаимодействия…». Кроме того, под хищничеством подразумевают отношения организмов, при которых представители одного вида ловят и поедают представителей другого (Вилли, Детье, 1974). Хищничество определяется как односторонне облигатное сожительство разных видов, при котором один из сожителей – хищник извлекает для себя пользу, а другой – жертва убивается им, т.е. терпит вред. При этом лишь жертва может существовать самостоятельно вне сожительства, тогда как хищник лишен такой возможности.

Хищничество в широком смысле слова, т.е. поглощение пищи, представляет собой главную силу, обеспечивающую передвижение энергии и материалов в экосистеме. Поскольку причиной гибели является хищничество, эффективность, с которой хищники находят и схватывают свою добычу, определяет скорость потока энергии от одного трофического уровня к другому.

Хищничество отличается от конкуренции в том, что конкуренты оказывают друг на друга взаимное влияние, тогда как хищничество – процесс односторонний. Правда, хищник и жертва воздействуют друг на друга, но изменения во взаимоотношениях, благоприятные для одного из них, наносят вред другому. Следует различать два типа хищников. Хищники одного типа питаются главным образом «бесполезными» для популяции особями, вылавливая больных и старых, более уязвимых молодых, но не трогают особей, способных к размножению, которые составляют источник пополнения популяции жертвы. Хищники другого типа питаются так эффективно особями всех групп, что могут серьезно нарушить потенциал роста популяции жертв. Сами жертвы и их местообитания часто определяют тип хищничества, которому они подвергаются. Популяции организмов с небольшой продолжительностью жизни и высокой скоростью размножения часто регулируются хищниками. Стратегия таких видов жертвы состоит в максимизации продукции потомков с риском повысить свою уязвимость для хищников. Примером такого типа является тля. Животных, у которых ввиду ограниченности запасов их собственной пищи скорость размножения низкая, должны затрачивать гораздо больше усилий на то, чтобы избежать хищников, только при этом они смогут сдвинуть равновесие между хищником и жертвой в свою пользу. В достижении этой цели жертвам помогает наличие в их местообитаниях подходящих укрытий.

Паразитизмом (по К.И.Скрябину, 1923) называется такой тип биологических взаимоотношений между организмами, когда один из них – «паразит» обитает временно или постоянно, на поверхности тела или в глубине органов и тканей другого – «хозяина», питаясь за счет последнего и не оказывая ему взамен никакой услуги». В отличие от хищничества, при котором хищник, настигнув жертву, либо умерщвляет ее целиком, либо повреждает ее органы и ткани, при паразитизме происходит непосредственное взаимодействие партнеров на биохимическом уровне при обязательном сохранении ими организменной целостности и жизнеспособности, причем биоэнергетические потребности одного из них (паразита) облигатно удовлетворяются за счет продуктов метаболизма другого (хозяина). Паразиты являются крайне важной группой организмов. Каждый год миллионы людей гибнут от различных инфекций, становятся инвалидами. Если добавить сюда болезни домашних животных и культурных растений, то урон становится неисчислимым. Свободноживущие организмы, не пораженные хотя бы немногими особями нескольких паразитических видов, — большая редкость. Многие паразиты и патогенны специфичны для определенных хозяев или по меньшей мере для ограниченного их круга. Учитывая это, можно сказать, что более половины видов и гораздо больше половины общего числа всех особей на Земле – паразиты или возбудители болезней.

В любом биогеоценозе любой фактор среды имеется в определенном количестве, формируя ресурс данного фактора. Ресурсы могут быть незаменимыми или взаимозаменяемыми.

Незаменимые ресурсы — это когда один не в состоянии заменить другой, взаимозаменяемые — это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества (заяц и мыши в питании лисы).

При недостатке незаменимые ресурсы могут выступать в качестве лимитирующего фактора. Например, элементы питания растения (азот, фосфор и т.д.) не заменяют друг друга, и недостаток любого из них ограничивает рост растения. При высокой ресурсной обеспеченности незаменимыми ресурсами возникает явление ингибирования — они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел выносливости. Например, калий необходимый элемент питания растений, но в случае его избытка в почве (при загрязнении) рост растений угнетается.

Ресурсы могут быть пищевыми и пространственными.

Пищевые ресурсы являются определяющими в любом биоценозе. Для растений пищевыми ресурсами является вода, свет, минеральные соединения, углекислый газ — т.е. незаменимые ресурсы. Для животных пищевыми ресурсами являются другие организмы и кислород и вода. В данном случае автотрофные организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для последующего потребителя.

Пространство выступает в качестве ресурса чаще всего лишь как место, где организмы конкурируют друг с другом за все остальные ресурсы, а не как за место, где они могут размножаться, хотя и это существует в природе (моржи на лежбище). Пространство может стать и лимитирующим фактором, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка прочих ресурсов (например, мидии могут своими телами полностью покрыть подводную скалу). Некоторые животные, в т.ч. и человек, стремятся к захвату определенной территории, где они могут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом.

Из-за недостаточного объема этого пособия, а главным образом, из-за специфичности читательской аудитории, мы не имеем возможности более подробно рассматривать теоретические вопросы экологии. В дополнении к ранее сказанному приведем лишь “законы экологии”, сформулированные американским экологом Б. Коммонером, о которых нужно помнить, рассматривая взаимодействие человека с окружающей средой. Их всего четыре. Три первые из них звучат совершенно тривиально и как будто не несут никакой экологической специфики. Последний заставляет задуматься, и оставляет ощущение спорности.

Итак, первый закон “Все связано со всем” отражает по сути своей всеобщую связь процессов и явлений в природе.

Второй закон базируется на положении сохранения энергии и вещества: “Все должно куда-то деваться”. Какой бы ни была высокой труба завода, она не может выбрасывать отходы производства за пределы биосферы. В такой же мере загрязнители, попадающие в реки, в конечном счете оказываются в морях и океанах и с их продуктами возвращаются к человеку в виде своего рода “экологического бумеранга”.

Третий закон ориентирует на действия, согласующиеся с природными процессами, сотрудничество с природой вместо покорения человеком природы, подчинения ее своим целям: “Природа знает лучше”.

Сущность четвертого закона заключается в ориентации человека на то, что любое его действие в природе не остается бесследным, мнимая выгода часто оборачивается ущербом, а охрана природы и рациональное использование природных ресурсов немыслимы без определенных экономических затрат. Звучит этот закон так: “Ничто не дается даром”. Дешевому природопользованию не должно быть места. Если не заплатим за него мы, то в многократном размере это должны будут сделать пришедшие нам на смену поколения.

Перечисленные законы экологии показывают, насколько сложны задачи познания экосистем и управления ими, как трудно получить достаточно полные данные о взаимоотношениях организмов и среды. Всякая деятельность человека, если она превышает определенные пределы, ведет к уменьшению способности экосистемы поддерживать себя в устойчивом состоянии вплоть до перехода к полной неупорядоченности и гибели. А поскольку очень трудно определить этот предел, то лучше всего в отношении экологии принять к исполнению.

Контрольные вопросы по теме:

  1. Что такое факторы среды и какие виды факторов среды вы знаете?

  2. Приведите примеры эври- и стенобионтных видов растений и животных.

  3. Назовите четыре основные среды обитания.

  4. Как формулируется закон Либиха, приведите пример его действия?

  5. Назовите основные виды положительных и отрицательных взаимодействий живых организмов, приведите примеры.

studfiles.net

Биология для студентов — 03. Экологичесукие факторы среды. Взаимоотношения организмов и среды

На протяжении всей жизни (отногенеза) и эволюции (филогенеза) биосистемы находятся в постоянном взаимодействии со средой обитания, образуя систему «организм — среда».

Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее выделяют продукты метаболизма. Среда каждого организма слагается из элементов неорганической и органической природы.

Выделяют:

  • абиотическую среду,
  • биотическую,
  • биогенную,
  • биологическую,
  • географическую,
  • геологическую,
  • антропогенную,
  • техногенную,
  • культурную и др.

Так, биологическая среда — совокупность живых организмов, в системе которых находится рассматриваемый организм; биотическая среда — силы и явления природы, обязанные своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов; биогенная среда — совокупность биологической и биотической сред.

На Земле живые организмы освоили четыре основные среды обитания:

  • водную, в которой возникла и распространилась жизнь,
  • наземно-воздушную,
  • почву,
  • сами живые организмы, каждый из которых представляет место обитания населяющих его паразитов или симбионтов.

Приспособление организмов к среде называется адаптацией. Адаптации возникают в процессе эволюции видов и проявляются на всех уровнях организации. Степень адаптации, или уровень приспособленности организмов к определенным условиям среды, контролируется естественным отбором.

В понятие «среда обитания» входит совокупность абиотических и биотических условий жизни организмов. Отдельные элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами, среди которых выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы.

Абиотические факторы — это все свойства неживой природы (температура, свет, давление, влажность, радиоактивное излучение, ветер, течения, рельеф местности), которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Выделяют следующие группы абиотических факторов:

  • климатические (свет, температура, влага, воздух, ветер),
  • эдафогенные (почва и рельеф),
  • химические (газовый состав, солевой состав воды).

Биотические факторы — это различные формы воздействия живых организмов друг на друга. Окружающий органический мир — обязательная составляющая часть среды каждого живого организма. Среди биотических факторов выделяют:

  • фитогенные (растительные),
  • зоогенные (животные) и др.

Антропогенные факторы — это различные формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно воздействуют на живые организмы. В настоящее время практически не осталось природных систем, не затронутых хозяйственной деятельностью человека. В связи с техническим прогрессом и ростом народонаселения воздействие антропогенного фактора на природу будет в дальнейшем катастрофически усиливаться. Среди видов антропогенного воздействия на биоту можно выделить:

  • загрязнение,
  • прямое истребление организмов,
  • урбанизацию,
  • рекреацию,
  • общую трансформацию среды обитания организмов.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Поэтому все экологические факторы по их действию можно разделить на:

  • прямодействующие,
  • косвеннодействующие.

Так, химическое воздействие хлорфторуглеродов на озоновый слой приводит к его ослаблению (истощению), что, в свою очередь, ведет к губительному воздействию коротковолнового ультрафиолетового излучения на живые организмы. Другой пример — действие пестицидов на хищников через пищевые цепи.

Растения, с одной стороны, могут использоваться другими организмами (в том числе и человеком в пищу, с другой стороны, в процессе фотосинтеза выделяют кислород и влияют на процесс дыхания других организмов. Организмы могут косвенно влиять на другие организмы через продукты метаболизма, удобряя почву.

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например, силой и диапазоном действия.

Большинство экологических факторов, например, температура или влажность, изменчиво в пространстве и времени, при этом степень изменчивости какого-либо фактора зависит от особенностей среды обитания. Так, температура той или иной местности зависит от господствующих ветров, особенностей топографии, высоты над уровнем моря, близости водоемов, облачного покрова. С течением времени любые условия существования, или экологические факторы, изменяются, но в одних случаях они подвержены более сильным изменениям, в других — менее сильным. Выделяют три основных типа изменений среды обитания:

  • циклические (регулярно-периодические) — повторяющиеся периодически: при смене времен года, при приливах и отливах, при поочередном наступлении светлого и темного времени суток;
  • направленные, при которых направление изменения остается стабильным в течение продолжительного периода времени: прогрессирующая эрозия берегов, накопление донных осадков в эстуариях рек, похолодание или потепление климата и др.;
  • хаотические (нерегулярные) — без определенного направления и периодичности (аритмия): непредсказуемые изменения времени возникновения и траекторий циклонов и ураганов, пожары и др.

В природе наблюдается соответствие между организмами и изменяющейся средой, в том числе. Во взаимоотношениях организмов и среды, включая ответные реакции организмов на воздействие различных экологических факторов, можно выделить ряд общих закономерностей.

Закон Рулье (1845). Животные живут только потому, что находятся во взаимном действии или общении с внешним для них миром (первый генетический закон).

Закон Вернадского, или Закон единства «организм — среда». Жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов, т. е. отношения организма и его среды системны.

Принцип экологического соответствия. Форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни. При этом вид может существовать до тех пор, пока окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

Закон совместного (совокупного) действия факторов. Экологические факторы, составляющие среду обитания организмов, действуют на них совместно. Взаимосвязь экологических факторов и их взаимное усиление и ослабление определяют их воздействие на организм и успешность его жизни.

Закон оптимума. Живые организмы имеют определенный набор потребностей в отношении условий обитания. Для каждого вида существует так называемый экологический преферендум к различным экологическим факторам. Например, термопреферендум — предпочитаемая температура, биотопический преферендум — предпочитаемые биотопы.

vseobiology.ru

Конференция «Взаимосвязи организмов и окружающей среды»

  • ГДЗ
  • 1 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
  • 2 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
    • Технология
  • 3 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Испанский язык
  • 4 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература

resheba.me

Взаимоотношения организма и окружающей среды

Елена Ростиславовна Разумова

Организм и среда обитания

Одним из главных выводов учения В.И. Вернадского

о биосфере была мысль о взаимосвязи всех живых организмов между собой и со средой обитания. Элементарная единица эволюции — популяция — находится в динамическом равновесии с другими популяциями и со средой обитания. Такие динамические равновесия называются популяционными волнами . Человеку ни в коем случае нельзя вмешиваться в природные популяционные волны (4-й закон Б. Коммонера — природа знает лучше). Размер популяции — результат динамического равновесия между ее биологическим потенциалом и сопротивлением среды обитания. Когда сопротивление среды ослабевает, численность популяции взрывоопасно возрастает.

Человеческая популяция

, как и всякая другая, подчиняется тем же законам. Но, в отличие от других живых организмов, человек резко снизил сопротивление среды, практически нарушив природные балансы, преодолел действие лимитирующих факторов. Как уже было сказано, человек выиграл в конкурентной борьбе с другими видами, научившись в изобилии производить продовольствие, орошать поля и благоустроив свои жилища, а также создав средства борьбы с болезнетворными микробами и, тем самым, отрубив себя от естественного отбора. С помощью техники ради удовлетворения своих потребностей человечество стало эксплуатировать природные ресурсы, доведя их почти до полного истощения, что привело к исчезновению целых экосистем (например, обезлесение планеты), т.е. в значительной степени мы поддерживаем собственное существование за счет исчерпания ресурсов и истребления других популяций.

Однако, чрезмерно развив производство, человек не только выиграл, но и проиграл, поскольку перечисленные выше факторы его «победы» над природой сильно и болезненно ударили и по человеческой популяции. Над человечеством нависла экологическая опасность, угрожающая прежде всего его здоровью.

Здоровье человека и экологическая безопасность

Здоровье

— это состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только отсутствие болезней (определение ВОЗ — Всемирной организации здравоохранения).

Рассмотрим более подробно, как загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы влияют на здоровье каждого человека, наций и всего человечества.

Загрязнение воздуха

. Потенциально наиболее опасными для здоровья человека считаются атомные объекты, объекты химической промышленности, нефтепереработки, металлургии, трубопроводы, транспорт. В больших городах, однако, среди основных источников загрязнения воздуха лидирует не промышленность, а автотранспорт. В выбросах автомобилей содержатся токсичные угарный газ и соединения свинца, а также сажа, углеводороды, оксиды азота и т.д. (всего более 200 компонентов). Поскольку все эти выбросы тяжелее воздуха и скапливаются, в основном, у поверхности земли, дети, с которыми гуляют родители вдоль больших автомагистралей, отравляются больше, чем сопровождающие их взрослые. Результатом является резкое увеличение болезней органов дыхания у современных детей (даже по сравнению с предыдущим поколением).

От отравления воздуха вдоль автострад желтеют и осыпаются листья с деревьев. Кусты, листья и травы вдоль дорог накапливают значительные количества тяжелых металлов, поэтому в этих местах недопустим сбор грибов, ягод, лекарственных трав, заготовка сена, поскольку мясо и молоко домашних животных, которых кормят таким сеном, содержат токсины, опасные для здоровья людей. Тяжелые металлы концентрируются в почве и корнеплодах, грибах и ягодах, что не только снижает урожаи, но и несет угрозу здоровью.

Гидросферу

отравляет сброс промышленных сточных вод. В настоящее время они загрязняют более трети мирового речного стока. Кроме нефти и нефтепродуктов, тяжелых металлов, токсичных пестицидов, диоксинов и радиоактивных отходов, весьма опасным является тепловое загрязнение вод, в результате которого «умирают» водоемы. Тепло является одним из видов загрязнений. Теплые сточные воды нагревают водоем, уменьшается растворимость в воде кислорода (который и так плохо в ней растворяется), начинается мор рыбы, резко возрастает заиливание водоема, что в конце концов приводит к его заболачиванию.

По данным российских природоохранных органов ежегодно растет число водных объектов с высоким уровнем загрязненности воды, предельно допустимые концентрации (ПДК

) ряда вредных веществ в этих водоемах превышены в 10 и более раз (определение ПДК и других критериев качества окружающей среды будут рассмотрены в теме 3). К наиболее загрязненным морским районам РФ относятся Азово-Черноморский бассейн , Северный Каспий , Финский залив Балтийского моря , залив Петра Великого Японского моря , Баренцево море в районе архипелага Новая Земля .

Страдают не только моря, но и большие и малые реки России, во многих из них из-за чрезмерного загрязнения недопустимо купание и рыболовство.

Одним из самых загрязненных мест в России и, как полагают некоторые экологи, на всей планете, оказался городок Карабаш

в Челябинской области , где работает медно-серный комбинат, сливающий свои неочищенные сточные воды в местные речку и озеро. В этом поселке зафиксирована самая высокая в стране смертность на тысячу жителей, что является результатом многократного превышения показателей экологических стандартов в этом районе.

Пресноводные объекты

— это еще и источники питьевой воды, качество которой в России катастрофически упало за последнее десятилетие. Сырую воду «из-под крана» сейчас нельзя пить ни в одном из населенных пунктов РФ.

Экологическая безопасность

— это состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества, природы и государства от реальных и потенциальных угроз, создаваемых антропогенным или природным воздействием на ОС. Экологическая безопасность является важнейшей естественной потребностью человека наряду с его потребностью в пище, воде, одежде, жилище. Вся жизнь человека направлена на удовлетворение физических, духовных и социальных потребностей, включая обеспечение экологической безопасности. Министерство природных ресурсов РФ в 1993 г. разработало программу «Экологическая безопасность России», Совет безопасности РФ в том же году обсудил вопрос состояния здоровья населения России (в том числе и в связи с экологической ситуацией в стране).

Россия

, как и вся планета, находится в экологическом кризисе , к которому в конце минувшего столетия в связи с переходным периодом добавились еще экономический и технологический кризисы. О губительном воздействии на здоровье людей техногенных загрязнений ученые неоднократно предупреждали еще в 70-е годы прошлого века. В начале нынешнего столетия предостережения о возможности техногенных катастроф уже стали исходить от политиков. Возможность таких катастроф возникает в связи с износом оборудования, непрерывно работающего на некоторых промышленных объектах более 60 лет (аварии на шахтах, падающие самолеты и вертолеты и т.д.).

Одновременно каждый день происходят «тихие» катастрофы, поскольку сбросы и выбросы загрязнений обладают коварным свойством накапливаться, аккумулироваться в биосфере, и катастрофа надвигается без взрывов и пальбы, незаметно, но неотвратимо. При этом взрослое население страдает болезнями печени, почек, легких, вызванных выбросами свинца; некачественная вода является причиной заболеваний органов пищеварения и выделительной системы. Основными причинами детской инвалидности в зонах экологического неблагополучия являются поражения органов дыхания, центральной нервной системы и мозга.

mirznanii.com

Взаимосвязи организмов и окружающей среды

  • ГДЗ
  • 1 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
  • 2 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
    • Технология
  • 3 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Испанский язык
  • 4 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература

resheba.me

Взаимосвязь организмов в природе

Ни один организм в природе не существует вне связей со средой и другими организмами. Эти связи — основное условие функционирования экосистем. Через них осуществляется образование цепей питания, регулирование численности организмов и их популяций, реализация механизмов устойчивости систем и другие явления. В процессе взаимосвязей происходит поглощение и рассеивание энергии и в конечном счете осуществляются средообразующие, средоохранные и средостабилизирующие функции систем.
Подобные экосистемные связи обусловлены всем ходом эволюционного процесса. По этой причине и любое их нарушение не остается бесследным, требует длительного времени для восстановления. В связи с этим экологически обусловленное поведение человека в природе невозможно без знакомства с этими связями и последствиями их нарушения. Целесообразно выделять взаимосвязи и взаимоотношения организмов в природе (экосистемах) как различные понятия.

Взаимодействие живых организмов с компонентами биосферы ( литосферой, атмосферой, гидросферой) происходит путем обмена, питания, дыхания, выделения продуктов метаболизма. Все организмы неодинаковы с точки зрения ассимиляции ими веществ и энергии. Растения используют солнечную энергию, осуществляя процесс фотосинтеза, а животные потребляют органические вещества, созданные растениями — фотосинтетиками.

Область взаимодействия живых организмов с элементами неживой природы, как известно, называется биосферой.
Следовательно / в результате многообразных процессов взаимодействия живого организма и окружающей среды последняя не остается по отношению к организму инертной и независимой от него.
Закономерный направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой называется сукцессией.

В природе каждый живой организм живёт не изолированно. Его окружает множество других представителей живой природы. И все они взаимодействуют друг с другом. Взаимодействия между организмами, а также влияния их на условия жизни представляют собой совокупность биотических факторов.

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Среди них обычно выделяют:

1. Влияние животных организмов (зоогенные факторы)

2. Влияние растительных организмов (фитогенные факторы)

3. Влияние человека (антропогенные факторы)

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества.

Экологические исследования о действии биотических факторов на организмы изначально носили прикладной характер — в целях борьбы с вредителями, паразитами, в выявлении пищи животных, хищничества. В настоящее время изучение действия биотических факторов на организмы идёт широким планом и проводится как в лабораториях, так и в природных условиях.
Типы взаимодействий.
В природе часто встречается сожительство двух или более видов, которое в ряде случаев становится необходимым для обоих партнёров. Такое сожительство называют симбиотическим взаимоотношением организмов (от сочетания сим — вместе, био — жизнь) или симбиозом. Симбиоз — неразделимые взаимополезные связи двух видов, предполагающие обязательное тесное сожительство организмов, иногда даже с элементами паразитизма. Термин «симбиоз» является общим, им обозначают сожительство, обязательным условием которого является совместная жизнь, определённая степень сожительства организмов.

Гетеротипические реакции — это взаимоотношения между особями разных видов. Влияние, которое оказывают друг на друга два вида, живущих вместе, может быть нейтральным, благоприятным или неблагоприятным. Отсюда типы взаимоотношений могут быть следующими:

Нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.

Конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное действие. Виды конкурируют в поисках пищи, укрытия, мест кладки яиц и т. п. Оба вида называют конкурирующими.

Мутуализм — симбиотические взаимоотношения, когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу.

Сотрудничество — оба вида образуют сообщество. Оно не является обязательным, так как каждый вид может существовать отдельно, изолированно, но жизнь в сообществе им обоим приносит пользу.

Комменсализм (дословно — «питание вместе за одним столом») — взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому.

Амменсализм — тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде обитания один вид подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия.

Паразитизм — это форма взаимоотношений между видами, при которой организмы одного вида (паразита, потребителя) живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина) в течение определённого времени. Хозяевами, как и паразитами, могут быть и животные, и растения.

Хищничество — такой тип взаимоотношений, при котором представители одного вида поедают (уничтожают) представителей другого, т. е. организмы одного вида служат пищей для другого.


Хищник. Фото: Keven Law


Протокооперация (буквально: первичное сотрудничество) — простой тип симбиотических связей. При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, т.е. не является непременным условием выживания видов (популяций).

Таким образом, взаимоотношения организмов не сводится только к отношениям хищник жертва, а они отличаются разнообразием, как внутри вида, так и между видами.
На Земле обитает огромное количество организмов, которые формировалось не одну тысячу лет, и вместе с ними формировались и типы их взаимоотношений. Все эти типы возникли лишь потому, что организмами двигал инстинкт самосохранения. 

biofile.ru

Взаимоотношения организма и среды. Основы экологии. Экологические факторы. Абиотические факторы.