Организм и среда

    3.Экологические  группы организмов. 

    В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как и индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединённых в один род, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяющих ещё более «далёких родственников».

    Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет  свои специфические особенности, то и отношение их  к состоянию среды, к воздействию её факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счёт других, более приспособленных.

    Популяция – это совокупность особей одного вида. Генетически обычно добавляют как обязательный момент – способность этой совокупности к самовоспроизведению. Экологи же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида.

    Изолированность в пространстве и во времени аналогичных  популяций отражает реальную природную  структуру биоты. В реальной природной  среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать  приходится некую видовую группировку в пределах определённой территории.

    Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало небольшой популяции, причём весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.

    Однако  настоящих одновидовых группировок  и поселений в природе не существует, и мы обычно имеем дело с группировками, состоящими из многих видов. Такие группировки называются биологическими сообществами, или биоценозами.

    Биоценоз – совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных.

    Термин  «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т.е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, по которым понимаются условия окружающей среды на определённой территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.

    Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определённую биологическую систему – биогеоценоз. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «…свою, особую специфику взаимодействий» и «определённый тип обмена веществами и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющие собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

    Особое  значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые, взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.

    Прежде  всего все организмы делятся  на две большие группы – автотрофов и гетеротрофов.

    Автотрофные (доядерные организмы - прокариоты) организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др.

    Гетеротрофные (ядерные организмы - эукариоты) организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мёртвую органику, называются сапрофитами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счёт живых тканей – паразитами (например, клещи).

    Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они  вступают между собой в сложные  трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производит продукцию, другие потребляют, третьи – преобразуют её в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.

    Продуценты – производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы, - это наземные зелёные растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.

    Консументы – это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу - травоядные (корова), плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое – «всеядные» (человек, медведь).

    Редуценты (деструкторы) – восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO_2., NO₂ и H₂O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они тем, самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Редуценты функционально это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсументами. 

     4. Лимитирующие факторы.  Законы минимума, максимума, толерантности. 

    На  организм действует множество экологических  факторов. Если концентрация факторов приближается к пределам устойчивости к нему организма, то такой фактор становится лимитирующим.

    Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в  середине 19 века. Экспериментируя с химическими удобрениями, заметил, что ограничение дозы любого из них оказывает одинаковое влияние  на растение – приводит к замедлению его роста, угнетению. Он установил «закон минимума»: если в ряду большого числа факторов, влияющих на организм, какой-либо находится в дефиците (минимуме), то именно он становится определяющим (лимитирующим) для организма.

    Лимитирующим  фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов, таких как  тепло, свет, влажность. Представление о лимитирующем влиянии максимума, наравне с минимумом ввёл В. Шелфорд, и оно носит название «закон максимума».

     Что касается закона минимума Ю.Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р.Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая сюда температуру, влажность, освещённость и т.д.

    Различия  в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т.д. Но несмотря на взаимовлияние факторов, всё-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В.Р.Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т.д.

    Наиболее  полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических  факторов на организм отражает закон толерантности В.Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.

    Относительно  действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5⁰С до + 25⁰С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур.

    Организмы, для жизни которых требуются  условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур – эвритермными («эври» - широкий) (рис 2). 

      Рис. 2 Сравнение относительных пределов толерантности стенотермных и эвритермных организмов (по Ф. Руттнеру. 1953 г.) 

                                стенотермы       эвритермы              стенотермы

                                             холод                                       тепло

                                        (оптимум)       оптимум          (оптимум)

           активность 

                                Мин.                Макс.              Мин.            Макс.

                                                                          температура 

    Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т.п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены не Земле.

    Диапазон  толерантности организма не остаётся постоянным – он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к  какому-либо пределу, или при размножении  организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определённых условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определённый микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже – на видовом уровне.

    Такая компенсация факторов обычно создаёт условия для физиологической акклиматизации вида-эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создаёт своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.

    Итак, в природных условиях организмы  зависят от состояния критических  физических факторов, от содержания необходимых  веществ и от диапазона толерантности  самих организмов к этим и другим компонентам среды.

     Список использованной литературы. 
 

    1. Демина Т.А. “Экология, природопользование, охрана окружающей среды”. – М.: Аспект–Пресс, 1996 г.