Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Живе невідривно від середовища. Кожен окремий організм, будучи самостійною біологічною системою, постійно знаходиться в прямих або непрямих відносинах з різноманітними компонентами і явищами навколишнього його середовища або, інакше, середовища проживання, що впливають на стан і властивості організму.
Середовище - одне з основних екологічних понять, яке означає весь спектр навколишніх організм елементів і умов в тій частині простору, де він мешкає, все те, серед чого він живе і з чим безпосередньо взаємодіє. Навколишнє середовище кожного організму складається з безлічі елементів неорганічної та органічної природи і елементів, привнесених людиною і його виробничою діяльністю. При цьому кожен елемент завжди прямо або побічно впливає на стан організму, його розвиток, виживання і розмноження - одні елементи можуть бути частково або повністю байдужі організму, інші - необхідні, а треті - чинити негативний вплив. У земних умовах існують чотири основні типи середовища проживання живих організмів: водна, наземна (повітряна), грунтова середовище, а також тіло іншого організму, що використовується паразитами. Кожен з цих типів має специфічний набором властивостей середовища - екологічних чинників, а, отже, вимагає і специфічного набору пристосування організмів до середовища (адаптацій). Незважаючи на все різноманіття екологічних факторів і різну природу їх походження, існують загальні правила, а також закономірності їх впливу на живі організми про які буде розказано і вивчення яких є метою даної роботи.
Існування кожного виду обмежується тим із чинників, який найбільш відхиляється від оптимуму. «Закон обмежує фактора» був спочатку сформульований німецьким агрохіміків, одним з основоположників агрохімії Юстусом Лібіх в 1840 році. Ю. Лібіх вивчав вплив різноманітних факторів на ріст рослин і встановив, що врожай зерна часто лімітується не тими поживними речовинами, які потрібні у великих кількостях, наприклад, як двоокис вуглецю і вода, а тими, які потрібні в малих кількостях (наприклад, бор) , але яких і мало в грунті. Ю. Лібіх висунув принцип: «Матеріалом, що знаходяться в мінімумі, управляється урожай». Цей принцип отримав широку популярність як закон мінімуму Ю. Лібіха. Згідно з цим законом відносне дію окремого екологічного чинника тим сильніше, чим більше він знаходиться в порівнянні з іншими факторами в мінімумі (рісунок1). Закон Ю. Лібіха показує на один з аспектів залежності організмів від середовища, він строго застосуємо в умовах стаціонарного стану системи. Якщо умови середовища будуть змінюватися, то той чи інший процес також зміниться, і буде залежати від інших чинників.
Малюнок 1. Модель, що ілюструє закон Лібіха
Вивчаючи різне лимитирующее дію екологічних факторів (таких як світло, тепло, вода) американський зоолог Віктор Ернест Шелфорд (1877-1968), прийшов до висновку, що лімітуючим фактором може бути не тільки недолік, але і надлишок факторів. В екологію таке положення увійшло як закон толерантності В. Шелфорда, сформульованого їм в 1913 році. Він говорить: «лімітуючим фактором, що обмежує розвиток організму, може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу». Під обмежуючим фактором розуміють фактор, рівень якого в якісному і кількісному відношенні (недолік або надлишок) виявляється близьким до меж витривалості даного організму.
Малюнок 2. Вплив температури на швидкість росту рослини
Межами витривалості називають мінімальне і максимальне значення фактора, при якому можлива життєдіяльність. Межі, за межами яких настає загибель організмів, є нижніми і верхніми межами витривалості. Численні приклади дії обмежуючих факторів показують, що це явище має загальне екологічне значення. Одним із прикладів дії обмежує фактора в природі є пригнічення трав'янистих рослин, листяних деревних порід під пологом ялини, де можливості розвитку обмежені недоліком світла. Здатність організмів виносити відхилення екологічних чинників від оптимальних величин їх інтенсивності називається толерантністю (від латинського - терпіння). Організми можуть мати широкий діапазон толерантності (витривалості) щодо одного фактора і вузький діапазон по відношенню до іншої. Якщо умови по одному з екологічних факторів не оптимальні для виду, то може звузитися і діапазон толерантності до інших екологічних факторів. Наприклад, при лімітуючим вмісті азоту знижується посухостійкість злаків; при низькому вмісті азоту для запобігання в'янення рослин потрібно більше води, ніж при високому його вмісті. Багато факторів середовища часто стають лімітуючими в період розмноження, який є зазвичай критичним для виживання організмів. Межі толерантності для розмножуються особин зазвичай вужчий, ніж для не розмножуються дорослих рослин або тварин. Вони також вже для яєць, ембріонів, личинок, проростків.
Щоб висловити ступінь витривалості, в екології існує ряд термінів, в яких використовують приставки стіно (вузький) і еврі- (широкий). Так, є стенотермним - Еврітермние (щодо температури), стенофагний - евріфагний (щодо їжі), стенобатние - еврібатние (щодо тиску) організми.
Види, які витримують значні відхилення від оптимальних значень різних факторів, мають широкий діапазон витривалості і живуть в різних, часом різко відрізняються один від одного умовах середовища, називаються Еврібіонтность. Такі види є широко поширеними. Наприклад, лисиця належить до Еврібіонтность організмам, так як вона живе від лісотундри до степу, харчуючись і тваринної, і рослинною їжею. Але є організми стенобіонтних, вузько пристосовані, що не переносять різких коливань температури, вологості і т. Д. Бегемот і буйвол - тварини тільки районів високої вологості і температури. Такі майже всі рослини вологих тропічних лісів. Ікра гольця розвивається при температурі 0-12 ° С з оптимумом близько 4 ° С, а ікра жаби розвивається при температурі 0-30 ° С з оптимумом близько 22 ° С. Значить, в першому випадку можна говорити про стенотермним, а в другому випадку - про Еврітермние. Як видно, для кожного організму і в цілому для виду є свій оптимум умов. Він неоднаковий не тільки для різних видів, що знаходяться в різних умовах, але і для окремих стадій розвитку одного організму.
Для кожного виду характерна і ступінь витривалості, наприклад, рослини і тварини помірного пояса можуть існувати в досить широкому температурному діапазоні, види же тропічного клімату не витримують значних коливань її. Властивість видів адаптуватися до того чи іншого діапазону факторів середовища позначається поняттям екологічна пластичність (екологічна валентність) виду. Чим ширше діапазон коливань екологічного чинника, в межах якого даний вид може існувати, тим більше його екологічна пластичність, тим більш широкий діапазон його толерантності (витривалості). Екологічно непластичні, тобто маловинослівие види, є стенобіонтних, більш витривалі - Еврібіонтность. Стенобіонтних і Еврібіонтность характеризують різні типи пристосування організмів до виживання. Види, які тривалий час розвивалися в відносно стабільних умовах, втрачають екологічну пластичність і виробляють риси стенобіонтних, в той час як види, що існували при значних коливаннях факторів середовища, набувають підвищену екологічну пластичність і стають Еврібіонтность, тобто видами з широким діапазоном толерантності.
Малюнок 3. Екологічна пластичність видів
Оскільки всі фактори середовища взаємопов'язані і серед них немає абсолютно байдужих для будь-якого організму, кожна популяція і вид в цілому реагують на ці фактори, але сприймають їх по-різному. Така вибірковість обумовлює і вибіркове ставлення організмів до заселення тієї чи іншої території. Різні види організмів пред'являють неоднакові вимоги до ґрунтових умов, температури, вологості, світла і т. Д. Тому на різних грунтах в різних кліматичних поясах ростуть різні рослини. У свою чергу в рослинних асоціаціях формуються неоднакові умови для тварин.
Історично пристосовуючись до абіотичних факторів середовища та вступаючи в певні біотичні зв'язки один з одним, рослини, тварини, гриби, мікроорганізми розподіляються по різних середовищ і формують різноманітні екосистеми (біогеоценози), в кінцевому підсумку об'єднуються в біосферу Землі.
Ще в 1840 році німецький агрохімік Ю. Лібіх сформулював екологічний закон мінімуму, суть якого полягає в тому, що виживаність організмів визначається найслабшою ланкою в ланцюзі екологічних потреб.
Щоб простіше було зрозуміти, що означає цей закон, можна навести такий приклад. Якщо організм відчуває нестачу якогось елементу, наприклад, калію, то, скільки НЕ напихати його іншими елементами таблиці Менделєєва, це йому не допоможе. Ступінь його виживання і продуктивності буде визначатися саме тим мінімальною кількістю калію, яке буде йому доступно.
Однак причиною, що обмежує розвиток організму, може бути не тільки нестача, але і надлишок факторів середовища: світла, води, мінеральних речовин. Узагальнення цих висновків лягло в основу закону екологічної толерантності, сформульованого в 1913 р американським зоологом В. Шелфорд.
Закон толерантності відображає стійкість живих організмів до факторів середовища. Всі види на планеті Земля пристосовані до певних кількісним коливань факторів середовища. Таким чином, життєдіяльність організмів визначається як екологічним мінімумом, так і екологічним максимумом цих факторів. Діапазон між цими двома показниками називається межами екологічної толерантності. Наприклад, мінімальна температура, при якій живуть бактерії-мезофіли, становить + 100С, а максимальна + 470с. Отже, діапазон між 100С і 470с і буде межею толерантності по температурі для даних видів організмів.
Вченим вдалося встановити межі існування і життєдіяльності багатьох видів організмів. Види з широкими межами толерантності, які можуть жити при досить значних коливаннях значення будь-якого фактора середовища, отримали називання Еврибіонти. А ті види, життєві можливості яких обмежені вузьким діапазоном змін даного фактора, називаються стенобіонтам. Наприклад, по такому фактору як потреба в воді, верблюд буде Еврибіонти, а людина стенобіонтам.
Але межі толерантності виражаються не тільки просторовими, але і тимчасовими рамками. Як відомо, теплолюбні види, які живуть в умовах помірного клімату, здатні переносити циклічні повторення холодних і жарких періодів року завдяки відповідним фізіологічним пристосуванням. Але до різких нециклічного перепадів, наприклад, до різкого похолодання в теплу пору року, багато видів бувають не готові, хоча в холодний сезон переносять низькі температури без особливих проблем.
Межі толерантності не варто плутати з екологічною нішею. Ніша - більш широке поняття, так як воно визначає не тільки місце виду в межах його здатності переносити ті чи інші умови середовища, але і спосіб його харчування або, як кажуть екологи, рід його діяльності.
Організми здатні мати широкий межа толерантності по відношенню до одних факторів середовища і вузький діапазон до інших. Відповідно, організми з широким діапазоном толерантності до всіх основних факторів, як правило, відрізняються високим поширенням в природі. У той же час, якщо умови по одному з факторів далекі від оптимального, то межі толерантності нерідко знижуються і за іншими факторами. Наприклад, нестача якогось елементу живлення для рослини може відбитися на скороченні меж толерантності до низьких або високих температур. Таким чином, можна спостерігати взаємний вплив одного фактора на інший, в результаті чого можуть зміщуватися і межі толерантності до якого-небудь з цих факторів. Наприклад, кожен з нас помічав, що сильний мороз набагато легше переноситься при низькій вологості повітря. А здатність переносити посуху у рослин значно погіршується при сильному вітрі, коли утворюються так звані суховії.
Але буває і навпаки, коли нестача якогось фактора (до певних меж, звичайно) може бути компенсована іншими факторами. Наприклад, однаковий за тривалістю і інтенсивності період посухи краще перенесе то рослина, яке буде знаходитися на грунті, багатшою мінеральними елементами. Це пов'язано з тим, що однією з основних функцій води в рослині є доставка мінеральних компонентів в його організм. Отже, на бідних грунтах рослини потрібно буде докладати великих зусиль, щоб пропустити через себе якомога більше води, а отримати при цьому ту ж саму кількість елементів. Загалом, закони екології, так само як і інших біологічних наук, більш комплексними і пластичні, порівняно, наприклад, з законами фізики.
Якщо розглядати життя на Землі як єдиний організм, то межа його толерантності до такого фактору як температура буде досить широким і складе понад 2500С. Нижня межа становитиме близько 200С. Таку температуру в стані спокою здатні переносити суперечки деяких бактерій, не втрачаючи своєї життєздатності після розмноження. А максимальний показник становить близько + 900С. Такий поріг високих температур здатні переносити окремі види термофільних бактерій, що живуть в гарячих джерелах. Межі толерантності не є однаковими і для представників одного і того ж виду. Адже кількісні потреба в тих чи інших факторах середовища залежить і від віку організму. Для дорослого організму межі толерантності завжди ширше, ніж для молодого. Якщо весняні заморозки можуть доставити дорослому дереву лише невеликі неприємності, то для молодого вони можуть виявитися фатальними. Крім того, межі толерантності для представників одного і того ж виду залежать і від індивідуальних фізіологічних здібностей. Так, у людини, систематично що купається в ополонці з крижаною водою, межі толерантності до низьких температур ширше, ніж у того, хто не практикує подібного способу життя.
Серед законів, що визначають взаємодію індивіда з навколишнім його середовищем, виділяється правило відповідності умов середовища генетичної обумовленості організму. Воно стверджує, що вид організмів може існувати до тих пір і остільки, оскільки навколишнє його природне середовище відповідає генетичним можливостям пристосування цього виду до її коливань і змін. Наприклад, у водних тварин межі толерантності до температурі зазвичай більш вузькі в порівнянні з наземними тваринами, так як діапазон коливань температури у воді менше, ніж на суші.
Але було б неправильно говорити про те, що живі організми повністю залежать від фізичних умов середовища. Пристосовуючись до природних умов, вони, в той же час, змінюють їх, щоб послабити обмежують впливу температур, світла, вологості та інших факторів. Але ефективність такої діяльності проявляється головним чином тоді, коли організми в своєму взаємодії утворюють великі спільноти. Наприклад, ліс, що виріс на голому місці, здатний змінити вологість, температуру, кислотність грунту на даній ділянці. В цьому і полягає средообразующая функція природних екосистем.
екологіческійтолерантность рослина
Ознайомившись з вищепереліченими закономірностями, ми можемо зробити певні висновки про вплив людини на межі толерантності різних компонентів біосфери. Очевидно, що забруднення води, повітря або ґрунту токсичними речовинами знижує межі толерантності живих організмів, так і самої людини, до різних несприятливих факторів середовища. Зміна меж толерантності в результаті впливу антропогенного чинника може також призводити до зміщення екологічних ніш. В результаті цього відбувається зміна і збіднення видового різноманіття. Наприклад, забруднення води промисловими і комунальними стоками не дозволяє видам з вузькими межами толерантності по відношенню до шкідливих речовин виживати в такому середовищі. В результаті цього воду заселяють толерантні види, наприклад, синьо-зелені водорості, які ми можемо масово спостерігати на наших водоймах.
Грубе втручання людини в природні процеси позначається не тільки на межах толерантності якихось окремих видів, але, по суті, на межах толерантності всієї біосфери як єдиного збалансованого організму.
Розміщено на Allbest.ru