Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах.
Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но другие вещества, например бор или молибден, требуются в ничтожных количествах. Тем не менее недостаток или отсутствие любого вещества (как макро-, так и микроэлемента) отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах.
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закон минимума Либиха - один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим дляорганизматотфактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.
Закон толерантности (закон Шелфорда)
Однако в начале XX века американский ученый В Шелфорд показал, что вещество (или любой другой фактор) присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить к нежелательным последствиям для организма.
Например, даже незначительное отклонение содержания в организме ртути (в принципе - безвредного элемента) от некоторой нормы приводит к тяжелым функциональным расстройствам (известная "болезнь Минамата"). Дефицит влаги в почве делает бесполезными для растения присутствующие в ней питательные вещества, но и избыточное увлажнение ведет к аналогичным последствиям по причинам, например, "задыхания" корней, закисания почвы, возникновения анаэробных процессов. Многие микроорганизмы, в том числе используемые в сооружениях биологической очистки сточных вод, весьма чувствительны к пределам содержания свободных ионов водорода, т. е. к кислотности среды (рН).
Проанализируем, что же происходит с организмом в условиях динамики режима того или иного экологического фактора. Если поместить какое-либо животное или растение в экспериментальную камеру и изменять в ней температуру воздуха, то состояние (все жизненные процессы) организма будет изменяться. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для организма уровень данного фактора (Топт). при котором его активность (А) будет максимальной (рис.2.). Но если режимы фактора будут отклоняться от оптимума в ту или иную (большую или меньшую) сторону, то активность будет снижаться. При достижении некоторого максимального или минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти уровни окажутся, таким образом, смертельными, или летальными (Тлет и Т’лет).
Из всего изложенного вытекает и закон В. Шелфорда, или так называемый закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.
Толерантность
Теоретически сходные, хотя не абсолютно аналогичные результаты можно получить в экспериментах с изменением других факторов: влажности воздуха, содержания различных солей в воде, кислотности среды и др. (см. рис. 2, б). Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толеранция - терпение).
Толерантность – выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора.
Диапазон между экологическим минимумом и максимумом фактора составляет предел толерантности.
Толерантные организмы - это организмы, устойчивые к неблагоприятным изменениям среды.
Рис. 2. Воздействие экологического фактора на организм
Отсюда слово "толерантный" переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.
Любой элемент окружающей среды может выступать в качестве лимитирующего экологического фактора, если его уровень вызывает необратимые патологические изменения у организма и переводит его (организм) в необратимо пессимальное состояние, из которого организм не способен выйти, даже если уровень данного фактора вернется к оптимуму.
Любой живой организм имеет верхний и нижний пороги (пределы) устойчивости к любому экологическому фактору, при выходе за которые этот фактор вызывает у организма необратимые, стойкие функциональные отклонения в тех или иных органах и физиологических (биохимических) процессах, не приводя непосредственно к летальному исходу.
Охранять окружающую среду означает обеспечивать состав и режимы экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого (в первую очередь - человеческого) организма, т.е. управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим по отношению к нему.
Описание.
1. Организм и среда обитания
2. Здоровье человека и экологическая безопасность
3. Качество продуктов питания
4. Экологические аспекты демографической ситуации в России
5. Человек и космос
Выводы и итоги
Список литературы
Выдержка из работы.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Санкт-Петербургский государственный университет
сервиса и экономики
НОВГОРОДСКИЙ
ФИЛИАЛ
Кафедра «Математических и естественнонаучных дисциплин»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Дисциплина
«Экология»
Тема «Закономерности взаимоотношений организмов и среды»
Выполнил:
Студент 1 курса 58у группы специальности 080109
Блинова Ольга Ивановна Ф.И.О. студента
№ зачетной книжки:___________
Проверил:
____________________________
Ф.И.О. преподавателя
Великий Новгород
2009
- Организм и среда обитания……………………….….3
- Здоровье человека и экологическая безопасность….3
- Качество продуктов питания…………………………6
4) Экологические аспекты демографической ситуации в России………………………………………………….…6
5) Человек и космос………………………………………8
Выводы и итоги……………………………………….10
Список литературы…………………………………….11
1. 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.
2. 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.
Все сказанное
свидетельствует о том, что в
РФ экологическая опасность несет
угрозу генофонду страны и мешает
выходу России из социально-экономического
кризиса.
3. Качество продуктов питания
Одним из видов экологической безопасности является продовольственная безопасность, поскольку она относится к основным факторам, определяющим здоровье населения страны. Положение дел в этой сфере в РФ сильно ухудшилось в начале 90-х годов прошлого века в связи с потоком неконтролируемых поставок некачественного продовольствия из-за рубежа, ослаблением контроля за производством и реализацией продуктов питания. Все это привело к массовым пищевым отравлениям, прежде всего, некачественными спиртными напитками.
Одной из причин такого ухудшения были слабая техническая оснащенность многих отечественных предприятий пищевой промышленности и торговли (большинство производственных мощностей в этой сфере не обновлялось от 30 до 50 лет!), низкий уровень санитарной культуры, использование некачественного сырья, отсутствие производственного контроля в связи с ликвидацией лабораторных служб в этой отрасли.
Ситуация
начала постепенно выправляться в начале
ХХI в. в связи с введением жесткого
контроля за качеством продовольствия,
ликвидацией многочисленных «точек»,
не имеющих лицензий на изготовление и
торговлю продуктами питания, техническим
обновлением производственных мощностей
в пищевой промышленности.
4. Экологические аспекты демографической ситуации в России
С экологической безопасностью тесно связана демографическая ситуация в России. По числу жителей РФ занимает седьмое место в мире после Китая, Индии, США, Индонезии, Бразилии и Пакистана. К началу ХХI в. Россия подошла, имея один из самых высоких темпов убыли населения (депопуляции). Причинами этого являются:
низкая рождаемость, массовое распространение однодетной семьи, не обеспечивающей воспроизводство населения;
высокая смертность, уровень которой является одним из самых высоких в Европе (16,3 чел. на тысячу жителей);
огромные потери трудоспособных мужчин от несчастных случаев, отравлений и травм (около 30% по данным на 2002 г.), что во многом связано с ростом алкоголизма и низким качеством спиртных напитков;
кризис семьи, высокий уровень разводов;
значительные объемы вынужденной (часто нелегальной) миграции, в том числе, обусловленной экологическими причинами (проблема экологических беженцев).
Как видно, причины демографического кризиса в России лежат не только в социальной сфере, но во многом имеют и экологический характер. На начало 2003 г. в России проживало 143,1 млн человек. Прогнозы демографов неутешительны: к 2010 г. численность населения в РФ составит примерно 138-139 млн человек, и Россия переместится с седьмого на девятое место в мире по численности населения. Долгосрочные прогнозы говорят о том, что если современные тенденции сохранятся, то через 5-6 десятилетий, во второй половине ХХI в., население России сократится примерно вдвое.
Для преодоления в России негативных демографических тенденций необходимо:
улучшение состояния здоровья населения, что будет способствовать снижению предотвратимой смертности, прежде всего мужчин в трудоспособном возрасте;
стимулирование рождаемости и укрепление семьи на основе повышения качества уровня жизни и материального поощрения рождения детей;
формирование определенных социальных и духовно-нравственных установок в обществе.
В 2005 г. наметился некоторый демографический перелом: по сравнению с предыдущими годами возросла рождаемость. Вероятно, это связано с некоторой стабилизацией уровня жизни населения и проявлением социального оптимизма. На выправление депопуляционной ситуации в России направлена и принятая в 2006 г. Президентская программа, обеспечивающая как стимуляцию рождаемости в стране (материальная и социальная помощь матерям), так и сокращение смертности (поддержка пенсионеров и инвалидов). Если эта программа будет осуществлена и тенденция на рост рождаемости продолжится и усилится, то мрачные прогнозы отечественных и зарубежных демографов могут и не оправдаться.
5. Человек и Космос
До сих пор речь шла о влиянии (в основном, негативном) человека на природу. Но очевидно, что есть и обратное влияние: природные факторы (а в этой части речь пойдет о космических факторах), несомненно, влияют на физиологию и поведение человека.
Несколько десятилетий назад практически никому не приходило в голову связывать свою работоспособность, самочувствие и эмоциональное состояние с активностью Солнца, фазами Луны, магнитными бурями и другими космическими явлениями. Пионером в этой области был русский ученый Александр Леонидович Чижевский, создавший гелиобиологию - раздел биологии, изучающий влияние Солнца на физиологические и поведенческие механизмы человека. О том, что Солнце во многом определяет функционирование растений и животных, люди знали с древних времен (цветение и плодоношение у растений, брачные периоды у животных и т.д.). Ритмичность, свойственная космическим телам - движению Земли, Солнца, Луны и звезд, является также неотъемлемым свойством живых организмов, универсальным качеством всего живого, общим принципом организации мироздания. Это свойство проявляется на всех биологических уровнях: клеточном, тканевом, организменном, экосистемном и биосферном.
Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Эффект воздействия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмам. У всех организмов в процессе их эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах, которые являются пределами положительного влияния на организм, его жизнедеятельность. Однако для каждого организма, будь то растение, животное или микроорганизм, существует конкретное количество фактора, которое для него наиболее благоприятно. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто экологическим оптимумом для орга-низма данного вида. Оптимальными условиями следует считать те, при которых особи данного вида проявляют максимальную жизнедеятельность (растут и развиваются) и оставляют наибольшее число потомков, т.е. оказываются наиболее приспособленными к условиям среды обитания. Уменьшение или увеличение силы воздействия фактора относительно пределов оптимального диапазона снижает жизнеспособность организмов. И чем сильнее отклонение от
оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Максимальное и минимальное переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно, наступает смерть. Они называются верхним и нижним пределами или экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазон силы фактора между экологическим минимумом и максимумом называется пределами выносливости или пределами толерантности. В пределах толерантности жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора и графически описывается куполообразной кривой (рис.1)
Размножение
Рост особей
Выживание особей
Как видно на представленном рисунке, в пределах толерантности выделяют несколько зон в зависимости от степени проявления жизнедеятельности организма при разной силе фактора. Эти зоны следующие:
1(F - F) - зона оптимума - это диапазон силы фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность и наблюдается его рост, развитие и размножение;
(C - F, F - C) - зона нормальной жизнедеятельности - это диапазоны силы фактора, в пределах которых организм проявляет нормальную жизнедеятельность и наблюдается его рост и развитие, но размножение уже невозможно;
(S - C, C - S) - зона выживания - это диапазоны силы фактора, в пределах которых организм проявляет сниженную жизнедеятельность, способную обеспечить только его существование, но недостаточную, чтобы обеспечить его рост, развитие и размножение;
(A - S, S - A) - зона угнетения или зона пессимума - это диапазоны силы фактора, в пределах которых фактор оказывает угнетающее действие на организм и жизнедеятельность его настолько снижена, что в конечном итоге может произойти гибель организма.
Кривая может быть симметричной или асимметричной, широкой или узкой. Форма ее зависит от видовой принадлежности организма, от характера фактора и от того, какая из реакций организма выбрана в качестве ответной и на какой стадии развития.
Представители разных видов сильно отличаются по зоне оптимума и пределам толерантности к одному и тому же фактору (например, рыбы теплых и холодных морей). Одна и та же сила фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого вида и выходить за пределы вы-носливости для третьего вида. В зависимости от положения зоны оптимума в пределах толерантности организмы бывают теплолюбивые и холодоустойчивые, влаголюбивые и засухоустойчивые и т.д. Зона оптимума может быть разной у организмов одного и того же вида на разных стадиях развития (например, у рыб при созревании половых клеток и икрометании) к одному и тому же фактору, разной по отношению к разным факторам.
Каждый вид специфичен по своим экологическим потребностям. Для каждого вида характерны свои пределы толерантности по отношению к одному и тому же фактору. Эта особенность видов была сформулирована в 1924 году русским ботаником Л.Г.Раменским как «правило экологической индивидуальности видов» применительно к растениям, а несколь-
ко позже это правило широко было подтверждено и в зоологических исследованиях.
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность или экологическая валентность вида. Чем шире диапазон колебания фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластич-ность и тем шире у него пределы толерантности. Организмы с широкими пределами толерантности являются более выносливыми и их называют эврибионтными. Виды, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимальной величины, экологически непластичны и являются маловыносливыми. Они имеют узкие пределы толерантности и называются стенобионтными или узкоспециализированными. Виды, длительно существующие при относительно стабильных условиях среды, вырабатывают черты стенобион- тности, а те, которые существуют при значительных колебаниях факторов среды, становятся эврибионтными.
Бионтность организма к тому или иному фактору обозначается прибавлением к названию фактора приставки эври- или стено-. Например:
стенотермный или эвритермный (по отношению к температуре);
стеногидрический или эвригидрический (по отношению к влажности);
стеногалинный или эвригалинный (по отношению к солености воды);
стенофагный или эврифагный (по отношению к пище); стеноойкный или эвриойкный (по отношению к местообитанию).
Эврибионтных организмов по отношению ко всем факторам очень мало. Эврибионтность способствует широкому распространению видов (простейшие, бактерии, грибы и т.д.). Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Однако из-за высокой специфичности стенобионты могут занимать обширные территории (птица скопа).
Таким образом, к каждому из факторов среды особи приспосабливаются относительно независимым путем, при этом
экологическая пластичность по отношению к различным факторам среды оказывается неодинаковой. Поэтому каждый вид обладает своим специфическим экологическим спектром, т.е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды обитания.
Вопрос о проблемах экологии является недостаточно ясным. В ботанической литературе он вообще не подчеркивается, и на основе анализа содержания руководств по экологии растений можно полагать, что ботаники считают «проблемами экологии» классификации так называемых экологических факторов и в отрос о жизненных формах растений.
Зоологи обычно называют основной проблемой экологии изучение динамики численности организмов, а также относят сюда такие вопросы, как акклиматизация (Д. Н. Кашкаров), борьба за существование, понятие целостности вида (С. А. Северцов) и т. п.
Подобную трактовку вопроса о проблемах экологии мы не можем признать правильной. Учение о виде или явление акклиматизации нельзя относить к проблемам экологии по той причине, что они имеют общебиологическое значение, и экология наряду с другими науками рассматривает лишь часть относящихся к ним вопросов.
Проблемы науки исходят из ее основного содержания и связаны с разрешением крупных теоретических и практических задач. Проблемы экологии должны вытекать из ее содержания и задач и иметь народнохозяйственное значение. В качестве основных проблем экологии могут быть названы: закономерности взаимоотношений организмов со средой, экологическая пластичность организмов, организмы как индикаторы, биологический метод очистки среды и борьбы с вредными организмами, плодовитость как приспособление к выживанию, динамика численности организмов и ее прогнозирование, охрана и преобразование живой природы.
Закономерности взаимоотношений организмов со средой
Вопрос о закономерностях взаимоотношений организмов и среды представляет одну из центральных проблем экологии наряду с динамикой численности организмов. По существу это такой же исходный вопрос экологии, как в философии вопрос об отношении бытия к сознанию.
Большая часть данной книги посвящена рассмотрению названной проблемы и потому здесь можно конспективно изложить лишь ее основные аспекты.
Постановка вопроса «организм и среда» порождает возможность разного ответа относительно причин изменчивости, приспособления и эволюционного развития живых существ. Автогенез ищет их во внутреннем (организме), эктогенез-во внешнем (среде), и биология, опирающаяся в качестве методологической основы на идеализм или механицизм, вынуждена избирать одну из двух названных противоположных позиций.
Диалектико-материалистическая биология нашла новый путь к решению этого важного вопроса, покончив с противапоставлением организма и среды, метафизическим отрывом их друг от друга, показав теоретическую и практическую плодотворность «третьей» концепции. Немаловажное значение имеет формулировка последней: «единство организма и среды» или «единство организма и необходимых для его жизни условий». Первая формулировка была верной до 1948 г., пока не оказалась найдена вторая.
В настоящее время первую формулировку мы считаем недостаточной и неправильной, если под «средой» понимать не только условия жизни данного организма (вида), а всю совокупность окружающих его условий (факты гибели организмов в неподходящих условиях и исторического вымирания видов свидетельствуют о том, что нередко между организмом и средой бывает не единство, а неразрешимое противоречие).
При изучении закономерностей взаимоотношений организма и среды мы сталкиваемся с рядом специфических вопросов, свойственных каждому из членов этой системы.
Что касается «организма», находящегося под влиянием среды, то здесь возникают такие вопросы: происхождение адаптаций, отношение внутривидовых форм (в том числе биотопических=«экологических») к виду, образование и значение жизненных форм.
В каждой среде действует особая совокупность факторов, среди которых могут выделяться по их значению для органнзмов необходимые, безразличные и вредные. Факторы воздействия нужно отличать от условий жизни (существования и развития).
Факторы разнообразны, а диапазон их действия бывает весьма значителен. Все это создает в природе возможность бесконечного разнообразия сочетаний условий, характеризующихся качественной определенностью и количественным развитием. Поэтому для экологии становится очень важным вопрос о классификации факторов. Последняя возможна с разных точек зрения.
Принципиальное значение имеет, по нашему мнению, разделение всех факторов на три группы, или ступени, в зависимости от характера их возникновения. В связи с этим следует различать факторы абиотические, биотические и антропические. Первые из них вызваны проявлением сил так называемой неживой природы, вторые связаны с жизнедеятельностью организмов (животных, растений, микробов), третьи определяются воздействием человека.
Не подлежит сомнению, что названные три ступени факторов с точки зрения их исторического возникновения и нарастающей силы воздействия могут быть рассматриваемы в следующей последовательности: абиотические факторы - первичные, участвовали в создании живого; биотические факторы - вторичные, возникли с появлением живого и в свою очередь (наряду с социальными) содействовали появлению человека; антропические факторы - возникли на грани третичного и четвертичного периодов, с появлением человека. В ходе эволюции животного и растительного мира с появлением все более прогрессивно развитых видов и все более сложных биоценозов соответственно осложняется среда и усиливается действие биотических факторов:. В ходе исторического развития человечества, сопровождающегося все более глубоким познанием законов природы и созданием все более мощных средств ее покорения, соответственно развиваются и прогрессируют антропические факторы, т. е. различные воздействия людей на животный и растительный мир.
С точки зрения изученности рассматриваемые три группы факторов располагаются в той же последовательности. Абиотические, т. е. физико-химические, воздействия на организмы более определенны, и результаты их могут быть обнаружены при морфологических, физиологических и других исследованиях. Однако это вовсе не означает, что данная группа факторов уже полностью изучена. Напротив, сравнительно недавнее открытие значения температуры и света на определенных стадиях развития зеленых растений показывает, как мало мы еще знаем значение отдельных абиотических условий в формообразовательных процессах и жизни организмов.
Еще большая сложность изучения биотических факторов подтверждается тем, что, несмотря на столетнее внимание к этому вопросу биологов, и в настоящее время не закончилась дискуссия по вопросу значения, например, внутривидовой борьбы за существование. К антропическим факторам внимание исследователей стало привлекаться по существу лишь в последние десятилетия преимущественно в России, в связи с проводимыми здесь работами по охране живой природы и ее плановому преобразованию. Поэтому в этой области еще почти нет крупных обобщений и существует большой разнобой во взглядах исследователей.
Трудности дальнейшей классификации абиотических, биотических и антропических факторов определяются рядом обстоятельств. Здесь прежде всего нужно отметить разницу изолированного и совокупного действия факторов, которая проявляется во всех трех группах (I - смесь ядов может быть безвредна, мороз с ветром и без него, при разной влажности и т. п.; II - влияние друг на друга одиночных организмов, при разной плотности популяции и при перенаселении; III - воздействие человека на отдельный вид или весь биоценоз и т. д.). Следует иметь в виду непосредственное действие и последующее влияние (последействие), которые могут быть резко различными, причем первое обычно является единичным (затрагивает отдельный вид), а второе становится всеобщим (изменяет весь биоценоз или всю природу на определенной территории), каковы результаты истребления и вселения видов, распашки целины, создания лесных массивов, осушения, строительства водохранилищ и т. п.
Особо сложным является разграничение прямого и косвенного действия биотических и антропических факторов. Недостаточно четкое и вдумчивое изучение относящихся к этой области закономерностей приводит, например, к длительной и бесперспективной дискуссии по вопросу о так называемой внутривидовой конкуренции автотрофов из-за абиотических условий жизни. Всходы растения могут страдать от затенения, происходящего, например, по трем следующим принципиально различным причинам: 1) наличию, скалы, 2) присутствию разросшегося дерева и 3) построенному человеком навесу.
До сих пор некоторые биологи лишь первый случай относят к абиотическим факторам, второй рассматривают как пример внутривидовой или межвидовой борьбы и третий причисляют к антропическим факторам. Мы считаем подобный подход к разграничению факторов механистическим, субъективистским и антропоморфным (имеющим значение лишь с точки зрения человека, разграничивающего три группы факторов, но безразличным для организма, подвергающегося воздействию, которое в этих случаях качественно однопорядково).
Когда биологически изучается действие факторов, то значение имеет не причина, их породившая, а результат -ответная реакция организма. Влияние удара по голове не изменится от того, свалится ли на животное или человека камень с горы, кирпич с крыши или, наконец, в лесу упадет дерево. Совершенно одинаковый эффект воздействия разлива на животную и растительную жизнь будет наблюдаться в пойме реки, если на ней возникнет плотина вследствие естественного обвала берега, постройки бобрами или человеком норы будут затопляться, наземные животные станут искать спасения на возвышенностях и т. п. Растения одинаковое будут ощущать недостаток влаги в почве вследствие отсутствие дождя, влияния испарения (при наличии суховея или транспирации других растений), при понижении уровня грунтовых вод за счет лесопосадки, проведения дренажа и т. п., и т. д.
Очевидно, что во всех этих и многих подобных случаях нет совершенно никаких объективных оснований разграничивать здесь три принципиально различные группы факторов - абиотические, биотические и антропические. Во всех этих случаях мы видим лишь действие абиотических факторов - механического удара, избытка и недостатка влаги и т. п. и однопорядковую реакцию подвергшихся соответствующему воздействию организмов.
Прямое действие факторов всегда вскрывает их специфический характер. Например, абиотические факторы могут быть разделены на средообразующие, физические и химические; биотические - на внутривидовые и межвидовые отношения; ашрапические - сведены к истреблению, разведению, интродукции и селекции организмов. Так называемое косвенное действие факторов, всегда осуществляемое через среду, является неспецифическим. Косвенное значение антропических воздействий заключается в изменении биотических и абиотических условий; косвенное влияние биотических факторов (организмов) состоит в изменении ими абиотического режима.
Как видим, каждая последующая ступень факторов включает в себя в качестве косвенных влияний предыдущую ступень
|
Классификация факторов |
|||
|
Группы (ступени) факторов |
Факторы специфического (прямого) действия |
Неспецифическое (косвенное) действие через изменение факторов |
|
|
1. Абиотические (неживая природа) |
1. Средообразующие 2. Физические 3. Химические |
||
|
II. Биотические (живая природа) |
1. Внутривидовые 2. Межвидовые |
Абиотических |
|
|
III. Антропические (человек) |
1. Истребление 2. Разведение 3. Итродукция 4. Селекция |
Биотических |
Абиотических |
Мы полагаем, что подобное разграничение основных групп факторов позволит глубже понять закономерности взаимоотношений организмов со средой и не смешивать причину со следствием, что, к сожалению, имеет место во многих современных экологических работах.
Если «развернуть» табл. 6 таким образом, чтобы в группу абиотических факторов попало не только первичное действие силе неживой природы, но также «косвенное» влияние организмов и человека, а в группу биотических факторов-прямое взаимодействие организмов друг с другом и «косвенное» влияние человека, то закономерности действия факторов будут иметь следующий вид.
|
Действие факторов |
||||
|
Группы (ступени) факторов |
Прямое действие факторов |
Косвенное действие факторов, измененных |
||
|
человеком |
организмами |
|||
|
I. Абиотические |
1. Средообразующее 2. Физическое 3. Химическое |
|||
|
II. Биотические |
1. Внутривидовое 2. Межвидовое |
|||
|
III. Антропические |
1. Истребление 2. Разведение 3. Интродукция 4. Селекция |
|||
Абиотические воздействия на организмы могут быть трех родов - прямые и преобразованные человеком или прочими организмами; биотические воздействия - двух родов: прямые взаимюотношения организмов между собой и преобразованные человеком; наконец, антропические воздействия -одного рода: все прямые влияния человека на живую природу.
Подобное понимание закономерностей отношений организмов и среды позволяет нам найти пути к решению споров по вопросу о внутривидовой конкуренции, о значении перенаселенности и т. п. Мы видим, что прямое и косвенное влияние абиотических факторов, имеющее решающее значение в жизни растений (и меньше - для животных), лежит за пределами собственно внутривидовых и межвидовых отношений. Настоящая внутривидовая конкуренция имеет меньшее значение в жизни автотрофных организмов и большее- среди гетеротрофов, у которых повышение плотности популяции будет обострять эти отношения.
Внутривидовые и межвидовые отношения, «очищенные» от незакономерно присоединенных к ним явлений, связанных с влиянием абиотических факторов, приобретают большую четкость. Становится возможным более углубленное изучение и подразделение этих отношений. Биологи, относившие к биотическим факторам «конкуренцию» из-за недостатка абиотических факторов существования (которая одинакова между особями одного вида или разных видов), затушевывали вопрос о специфике внутривидовых и межвидовых отношений и тормозили его изучение.
Принципиальное значение имеет, наконец, вопрос о роли конкуренции между организмами как таковой. Некоторые склонны именно в конкуренции видеть движущий фактор развития, однако убедительных доказательств не приводят.
В советской биологической литературе достаточно широко и глубоко прошла дискуссия по вопросу о факторах исторического развития организмов, поэтому нет нужды останавливаться на нем подробно. Сторонники неодарвинизма видят источник развития в борьбе за существование, перенаселенности, внутривидовой конкуренции; последователи творческого дарвинизма - в изменении условий жизни и их ассимиляции организмами. Это две принципиально различные концепции, основывающиеся на разной методологии.
Приверженцы значения борьбы за существование как фактора развития в настоящее время в советской биологии немногочисленны и сохраняются главным образом в «фитоценологии», которая вся построена на принципах признания ведущего значения борьбы и конкуренции между растениями, тогда как изучение действия абиотических факторов составляет удел экологии растений. Как уже указывалось, фитоценоз не мыслится без борьбы за существование (Сукачев), которая признается и основным фактором развития фитоценозов, их сукцессии. Некоторые не довольствуются признанием борьбы между организмами и говорят о межфитоценозной борьбе (Соколов).
С. Я. Соколов (1956) вновь поднимает вопрос о борьбе за существование как исходном начале развития живой природы, полностью игнорируя результаты десятилетних работ биологов, показавших значение условий жизни в формировании наследственности и эволюции. Он пишет «... само собой понятно, что эволюция организмов происходит только на основе внутривидовой борьбы за существование. Вне этой категории борьбы за существование эволющия вообще немыслима; этот тип борьбы является содержанием всех остальных форм борьбы». В понимавши С. Я. Соколова и его единомышленников «фитоценоз» представляет новое качество живой природы, живущее особой жизнью целого, причём борьба и конкуренция выступают как особые жизненные свойства, особые силы. Но если объективно проанализировать это «целое» и эту «силу», то мы найдем лишь совокупность организмов и наличие между ними разнообразных конкретных взаимоотношений, среди которых внутривидовая борьба и конкуренция вовсе не занимают такого исключительного положения.
Если же отбросить чисто мифическую конкуренцию, за которой скрывается косвенное действие абиотических факторов, то окажется, что организмы изменяются именно под влиянием условий жизни. Однако сторонники неодарвинизма предпочитают их не видеть и говорят о имеющей якобы место конкуренции, хотя таковой часто фактически нет и в помине.
Сделанная нами попытка расчленения факторов с учетом их специфики позволяет правильнее оценить и значение явления конкуренции, которое имеет более узкое распространение, чем полагали раньше, и потому не может рассматриваться в качестве основного источника эволюции. Дивергенция организмов может происходить помимо всякой конкуренции в результате прямого влияния среды и последующего отбора (образование крылатых и бескрылых форм насекомых на островах под влиянием действия ветра и т. п.).
Совершенно ошибочно представление, что конкуренция является источником прогресса в живой природе. Напротив, она может вести к общему угнетению популяции, недоразвитию организмов, которые легче подвергнутся истреблению под; влиянием неблагоприятных абиотических факторов и межвидовых отношений.
Конкуренция, усиливающаяся при перенаселенности, как правило, обостряет и ускоряет действие тех или иных факторов, но не изменяет направление процессов изменения организмов, происходящих под общим влиянием условий жизни. В случаях культурного содержания организмов конкуренция может противодействовать стремлению человека получить высокую продуктивность у животных и растений.
След «плавания» выдры (Lutra lutra) в рыхлом снегу. Река Пыжа Алтай. Март 1952 г.
Следы млекопитающих. Вверху: след колонка в рыхлом снегу. Алтай. Февраль 1958 г. Внизу: тропа зайца-беляка как приспособление к передвижению по глубокому снегу. Бердск. Март 1952 г.
Термин «борьба за существование», которым слишком злоупотребляли в истории биологии, вкладывая в него различное содержание, лучше совершенно оставить, а если уж применять, то в более узком смысле - для характеристики определенной труппы антагонистических (внутривидовых и межвидовых) отношений необходимо совершенно исключить из него взаимоотношения с абиотическими факторами и явления взаимопомощи организмов, называть которые «борьбой за существование» противоречит здравому смыслу.
Таким образом, совокупное влияние условий жизни на организм и приспособление последнего к ним - таков путь историческою развития живой природы. Под этим углом зрения и должны изучаться закономерности взаимоотношений организмов со средой, исследованные еще очень слабо, познание которых имеет решающее значение для подлинного овладевания человеком силами живой природы.
Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.
Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую 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. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.
В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие.
Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для организма или определённой стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность организма. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно.
К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толерация – терпение). Организмы с широкой амплитудой устойчивости относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий, биос – жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос – узкий). Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если существуют в условиях всего спектра факторов с оптимальными значениями.
Правило взаимодействия факторов . Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений – компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.
Правило лимитирующих факторов. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов.
Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания и т.п.).