Екологічні чинники середовища. Приклад адаптації людей та тварин у навколишньому світі. Фізіологічні адаптації: приклади Морфологічні адаптації: приклади
![Екологічні чинники середовища. Приклад адаптації людей та тварин у навколишньому світі. Фізіологічні адаптації: приклади Морфологічні адаптації: приклади](https://i1.wp.com/fb.ru/misc/i/gallery/43104/1520013.jpg)
(Складений за підручником біологія 10 клас § 19. Цю тему можна провести з біології 9 класу §53 (Біотичні зв'язки в природі), у 6 класі при вивченні теми (Природні співтовариства. Біогеоценоз) та у 7 класі (Взаємозв'язки тварин у природі) автор підручників І. Н. Пономарьова Екологія 10-11 клас авт.
Мета уроку : Вивчити спільне життя видів у біоценозі .
Завдання уроку:
- Вивчити типи зв'язків у спільно мешкають видів у біогеоценозі;
- Розглянути коадаптацію та інші приклади адаптації, вироблених у популяції видів у зв'язку з існуванням у співтоваристві коїться з іншими, які є видами у процесі еволюції.
- Робота із термінами.
План уроку:
1) Формування коадаптацій та його приклади.
2. Взаємні адаптації у біогеоценозі.
3. Коеволюційні зв'язки у біогеоценозі.
4. Типи біоценотичних зв'язків.
1. Типи зв'язків та залежностей у біогеоценозі.
презентація.(Слайд 5)Всі зв'язки та залежності у біогеоценозі здійснюються у формі взаємодії його конкретних видів. Ці відносини між видами складалися протягом багато часу історичного розвитку екосистем. В результаті у спільно мешкають видів сформувалися взаємно пристосувальні властивості(Коадаптації). НаприкладДля перехресного запилення квіток рослина стала виробляти не потрібний для нього самого нектар, але саме через нектар комахи (бджоли, метелики, джмелі) і деякі тварини відвідують квітки. Збираючи нектар, вони переносять при цьому пилок з однієї квітки на іншу.
(Слайд 6) Також відомі приклади, коли жаби, жаби та інші амфібії за допомогою отруйного або пекучого слизу, що виділяється шкірою, рятують себе від поїдання хижаками, оскільки останні добре розпізнають і обходять стороною отруйних мешканців. застережливого забарвлення.
(Слайд 7) У деяких мешканців біоценозу виник спосіб захисту, як наслідуваність забарвлення та форм тіла, або мімікрія. Шляхом мімікрії неотруйні види стають схожими за забарвленням і формою на отруйні. Звичка хижаків, що виробилася, обходити отруйні види виявилося корисною і для мімікрірованих особин неотруйних видів.
(Слайд 8) Маскування– наслідувальна схожість незахищених видів у комах з предметами довкілля та рослинами: метелик із складеними крилами, схожими на лист (1); метелик павичів очей (2) і бражник окористий (3), що мають на крилах малюнок, схожий на очі тварин; клоп-колючка, що зовні нагадує за розмірами та формою колючку рослини (4)
(Слайд 9) Заступне забарвлення або маскуваннярозвинена у видів, які живуть відкрито та можуть виявитися доступними для ворогів. Таке фарбування робить організми менш помітними на тлі навколишньої місцевості. Заступницька форма гусениці (що нагадує сучок) захищає її від ворогів. У птахів (глухар, тетерів, рябчик та ін.), що відкрито гніздяться, самка, що сидить на гнізді, майже не відрізняється від навколишнього фону. Попереджувальне (загрозливе) забарвлення.Види нерідко мають яскраве забарвлення, що запам'ятовується. Раз спробувавши скуштувати неїстівну сонечко, жалющу осу, птах на все життя запам'ятає їх яскраве забарвлення.
Мімікрія. На слайді тарган дуже схожий на сонечко, яке неїстівне; праворуч - муха джмелівка наслідує земляного джмеля.
(Слайд 10) Пристосованість – результат впливу чинників еволюцій. В результаті дії природного відбору зберігаються особини з корисними для їхнього процвітання ознаками. Ці ознаки зумовлюють хорошу, але не абсолютну пристосованістьорганізмів до тих умов, у яких вони живуть.
Забарвлення, що змінюється.Природа нагородила деяких тварин здатністю змінювати забарвлення під час переходу з одного колірного середовища до іншого. Така властивість служить тварині надійним захистом, оскільки робить його малопомітним у будь-якій обстановці. Миттєво маскуються морські голки, ковзани та морські собачки: у зоні червоних водоростей вони набувають червоного забарвлення, серед зелених водоростей – зеленого. Миттєво маскується деревна хамелеон ящірка і каракатиця під грунт будь-якого кольору, повторюючи найхитріший малюнок морського дна.
Порятунок у польоті. У боротьбі збереження життя деякі тварини користуються прийомами, зовсім властивими представникам їх класу. Рятуючись від переслідування, леткі риби розправляють у повітрі величезні грудні, а деякі види і черевні плавці і планують над водою. Клинобрюшка махає грудними плавцями, пролітаючи до 5 метрів. Ящірка летючий дракон має хибні ребра зі шкірною перетинкою, розправляючи їх, утворює подобу двох широких напівкруглих крил і планує до 30 метрів. Деревні змії сплющують тіло, розсовуючи ребра і вп'ячуючи живіт. Надавши тілу плоскої форми у разі небезпеки, перелітають на інше дерево або планують на землю.
(Слайд 11) Страшна поза.Багато тварин, які не володіють достатньою силою для відсічі ворогові, намагаються відлякати його, приймаючи різні жахливі пози. Наприклад, ящірка вухаста круглоголовка розставляє ноги, до краю розкриває рота і розтягує привушні складки, які наливаються кров'ю, і складається враження величезної пащі. Ще більшого відлякуючого ефекту досягає плащеносна ящірка, яка раптово як парасолька розкриває яскраво розцвічену шкірну перетинку навколо шиї. Страшна поза як спосіб відлякування виробилася у деяких комах. Гусениця метелика великої гарпії різко скидає передню частину тіла і піднімає довгі "хвости", що ворушаться. Оригінальним оборонним прийомом є автотомія- Здатність миттєво відкидати певну частину тіла в момент нервового подразнення. Наприклад, коли нападник вистачає ящірку за хвіст, вона залишає його ворогові, а сама тікає. Самокалікування відбувається у деяких видів комах (коники, паличники). Деякі види галатурій при небезпеці викидають на поживу ворогові свої начинки. Відкинуті органи, кінцівки, хвости і щупальця звиваються, привертаючи увагу у нападника (річкові раки, краби), завдяки цій тварині вдається врятуватися.
(Слайд 12) Переносні укриття. Для своєї безпеки деякі види тварин споруджують або пристосовують різні переносні укриття. Рак-самітник має м'яке незахищене твердим покривом черевце, ховають його в порожню раковину черевного молюска, яку постійно тягають із собою. Личинки потічків будують будиночки з піщинок або з раковин, гусениця метелика-мішочниці в будиночку з рослинних частинок, краби доріппе ставлять собі на спину стулку раковини і бігають з нею по дну, прикриваючись їй як щитом. Надійні захисники.Іноді для своєї безпеки тварини використовують захисні якості інших тварин. Рак-самітник садить до себе на раковину актинію, у якої є пекучі щупальця. У отруйних щупальцях актиній ховаються від ворогів деякі риби. Надійним захистом можуть служити гострі отруйні голки морських їжаків-діадем для риб кривохвосток і качечок.
2. Взаємні адаптації у біогеоценозі.
(Слайд 13) Взаємні адаптації у біогеоценозі.Способи залучення запилювачів та захисту від ворогів – це прийоми адаптацій, що виробилися у популяцій видів у зв'язку з існуванням у спільноті з іншими видами, що знаходяться поруч. При цьому пристосувальні властивості з'являються не тільки у рослин, а й у тварин-запилювачів (нектар, будова квітки, ротового апарату тощо).
Взаємні адаптації, що сформувалися в умовах біогеоценозів, забезпечують більшу стійкість існування взаємодіючих популяцій і видів.
(Слайд 14) Поширення плодів та насіння за допомогою тварин. Мурахи поширюють насіння рослини іван-да-мар'я. У цієї рослини біле довгасте насіння формою нагадує мурашині кокони, і мурахи тягнуть їх у мурашник, а потім це ж насіння, але вже потемніле і дозріле викидають при збиранні як непотрібне.
(Слайд 15) Різні види птахів (сойка, кедрівка) та ссавців (бурундук, білка) роблять запаси насіння на зиму. Нез'їдене насіння навесні проростає.
3. Коеволюційні зв'язки у біогеоценозі.
(Слайд 16) Коеволюційні зв'язки у біогеоценозі.Всі пристосувальні властивості видів, що відбивають їх біоценотичні зв'язки, виникли у суспільстві у процесі тривалої еволюції та за допомогою природного відбору.
(Слайд17) Тільки рівні популяцій здійснюється вироблення коадаптацій у процесі спільної еволюції видів.
(Слайд 18) Протилежно спрямовані коадаптації.За допомогою природного відбору спільна еволюція (коеволюція) трофічно пов'язаних популяцій призводить до вироблення протилежно спрямованих коадаптацій в організмів, що надають їжу, та організмів, які споживають цю їжу. Коеволюційним шляхом у біогеоценозах встановлювалися трофічні, біоценотичні зв'язки, екологічні ніші, формувалися життєві форми, певний спосіб життя та активність протягом доби чи сезону та ін.
4. Типи біоценотичних зв'язків.
(Слайд 19) Типи біотичних відносин.Через війну коеволюції одні види при взаємодії коїться з іншими видами отримують користь, інші – шкода. Якщо позначити користь знаком (+), шкода – (-), а байдужий вплив – (0). На схемі бачимо різноманітні біотичні зв'язки у біогеоценозі.
(Слайд20) Взаємокорисні зв'язки (++) (симбіоз).Обов'язкові (облігатні) мутуалістичні відносини називаються симбіозом. Наприклад, лишайники є співжиття водоростей і грибів. Стійкі симбіотичні відносини формуються між шапочними грибами та вищими рослинами. Гіфи гриба підберезника щільно обплітають тонкі коріння берез. Гриб розкладає та транспортує в корені берези деякі недоступні для берези речовини ґрунту, посилюючи мінеральне харчування. Гриб сприяє кращому засвоєнню рослиною фосфору, азоту, води. Підберезник виробляє низку вітамінів та інших активних речовин. Береза, зі свого боку, є для гриба єдиним джерелом органічних речовин. Дерева не змогли б розвиватися на дуже бідних ґрунтах без грибів-партнерів.
На схемі бачимо різноманітні біотичні зв'язки у біогеоценозі.
(Слайд 21) Взаємокорисні зв'язки (++) (мутуалізм). Актинія та рак-самітник.Актинії кишковопорожнинні тварини ведуть сидячий спосіб життя, прикріплюючись до ґрунту, каменів, на порожніх раковинах молюсків. У цих раковинах знаходять притулок раки-самітники. Переміщаючись дном, рак носить на раковині та актинію. Це дає можливість зустріти більше їжі і партнерів для розмноження. Для раку таке сусідство теж сприятливе. Жадібні клітини актинії захищають його від хижаків. Частина видобутку актиній, паралізована кліками, дістається раку. Симбіоз- Це тісне корисне співжиття певних, конкретних видів. Мутуалізм- Це будь-який взаємокорисний зв'язок видів.
(Слайд 22) Корисно шкідливі зв'язки (+ -) Між рослинами та травоїдними тваринами.Корову або слона, що пасуться на лузі, в савані ніхто не називає хижаком, проте тип їх відносин з рослинами відповідає взаємодії "хижак-жертва". Цю взаємодію називають рослиноїдністю. Як правило, рослиноїдні тварини не знищують рослини повністю, а поїдають окремі їх частини.
(Слайд 23) Корисно шкідливі зв'язки (+ -) Між жертвою та хижаком.Кожен організм живе серед інших організмів і постійно входить у різноманітні відносини з-поміж них. Серед основних типів біотичних відносин хижацтво – найвідоміший. Взаємодія типу "хижак-жертва" є прямий харчовий зв'язок між організмами, результати якої для однієї особи негативні, для іншої - позитивні. Для успішного полювання хижаки повинні мати відповідні якості: добрий чуття, зір. Сова має особливе оперення, яке робить політ безшумним. Хижакові потрібні гострі пазурі, зуби або дзьоб.
(Слайд 24)Корисно шкідливі зв'язки (+-).Комар. Кровососучий комар не вбиває свою жертву, лише споживає частину її крові. Чи можна назвати такий тип взаємовідносин хижацтвом? Мабуть так. Відношення комара зі своєю жертвою багато в чому подібні до того, що ми спостерігаємо у випадку з травоїдними тваринами і рослинами. Адже відносини типу “хижак-жертва” – це прямі харчові зв'язки між організмами, у яких одна особина отримує вигоди, а інша зазнає незручностей.
(Слайд 28) Кориснонейтральний зв'язок (+0) комменсалізм: нахлібництво.Нерідко в природі зустрічаються такі відносини між видами, коли один із них постачає іншому їжу чи притулок, а сам не відчуває від цього ні шкоди, ні користі. Такий тип біотичних взаємин зветься комменсалізм, або нахлібництво. На Крайній Півночі комменсалом білого ведмедя є песці.
(Слайд 29) Кориснонейтральний зв'язок (+ 0) коменсалізм: квартирантство.Їжею рибам-прилипалам служать залишки трапези господаря. У цьому акулам така форма взаємовідносини немає ні позитивного, ні негативного значення. Вони прикріплюються до тіла акул своїми присосками та переміщаються з ними просторами океану.
(Слайд 30) Взаємошкідливі зв'язки (–) Міжвидова конкуренціяКонкуренція виникає у тому випадку, коли дві чи більше популяції використовують і той ж ресурс, що у недостатності. Наприклад, грифи та шакали в африканських саванах можуть конкурувати за харчові залишки від трапези великих хижаків. У конкурентній боротьбі частіше перемагає не найсильніший, а найпристосованіший.
(Слайд 31) Взаємошкідливі зв'язки (– -) Внутрішньовидова конкуренціяЧим більш подібні потреби двох особин у тому чи іншому ресурсі, що перебуває у нестачі, тим більше конкуренція з-поміж них. Тому конкуренція між особинами одного виду (внутрішньовидова) буде виражена сильніше, ніж між особинами різних видів (міжвидова). У деякі роки антилопи саван інтенсивно розмножуються, досягаючи величезної густини. Численні стада цих тварин з'їдають і витоптують практично всю траву. Якщо антилопам не вдається знайти нові пасовища, більшість їх гине від голоду.
(Слайд 32) Взаємошкідливі зв'язки (--) Міжвидова конкуренція.Будь-яка конкуренція, зокрема і міжвидова, не вигідна організмам. Саме тому вона є однією з причин диференціації чи розходження видів. У результаті тривалої еволюції види “уникають” від конкуренції друг з одним. Формуються екологічні ніші.
(Слайд 33) Взаємошкідливі зв'язки (- -) Антогонізм-відносини, у яких присутність одного виду виключає перебування іншого виду.
(Слайд 34) Взаємошкідливі зв'язки (- -) Агресія-активно з'ясовують відносини між видами.
(Слайд 35) Нейтральношкідливі зв'язки (0 -) Аменсалізм.Ялиновий ліс.Всі світлолюбні рослини, потрапляючи в тінь великих дерев, відчувають нестачу світла. Це призводить до погіршення їхнього стану. Для самого дерева подібне сусідство зазвичай байдуже.
(Слайд 36) Нейтралізм(0 0) В екосистемах завжди є види, що мешкають на одній території, але безпосередньо один з одним не пов'язані.
5. Робота з термінами: коадаптація, мімікрія, заступницьке та попереджувальне забарвлення, автотомія, симбіоз, мутуалізм, компенсалізм…. та ін
Література
- І.М.Пономарьовата ін Біологія. 10 клас. М. Вентана-граф. 2008р. (§ 19).
- Д.К.Бєляєв.Загальна біологія. М. Просвітництво. 2004 р.
- І.М.Пономарьовата ін. Основи загальної біології. 9 клас. М. Вентана-граф. 2006р. (§ 53).
- В.А.Вронський.Екологія. Словник-довідник. Фенікс. 1997 р.
- Н.М.Чернова.Основи екології.10-11клас. Дрофа. 2001 р.
- І.А.Жигаров.Екологія. Електронний наочний посібник серії "Світ біології". М. 2008 р.
Грандіозні винаходи людського розуму не перестають дивувати, фантазії немає межі. Але те, що багато століть створювала природа, перевершує найкреативніші ідеї та задуми. Природа створила більш ніж півтора мільйона видів живих особин, кожна з яких є індивідуальною і неповторною у своїх формах, фізіології, пристосованості до життя. Приклади адаптації організмів до умов проживання на планеті, що постійно змінюються, - це приклади мудрості творця і постійне джерело завдань для розгадування біологам.
Адаптація означає пристосованість чи звикання. Це процес поступового переродження фізіологічних, морфологічних або психологічних функцій істоти в умовах середовища існування. Змін піддаються як окремі особини, так і цілі популяції.
Яскравий приклад адаптації безпосередньої та непрямої – виживання рослинного та тваринного світу у зоні підвищеної радіації навколо Чорнобильської АЕС. Безпосередня пристосованість властива тим особам, які зуміли вижити, звикнути і почати розмножуватися, деякі не витримали випробування та загинули (непряма адаптація).
Оскільки умови існування Землі змінюються постійно, процеси еволюції і пристосованості у природі також є процесом безперервним.
Свіжий приклад адаптації - зміна довкілля колонії зелених мексиканських папуг аратингів. З недавніх пір вони змінили звичне місце проживання і оселилися в самому жерлі вулкана Масая, в середовищі, постійно просоченому сірчаним газом високої концентрації. Вчені ще дали пояснення цьому феномену.
Види адаптації
Зміна всієї форми існування організму є функціональною адаптацією. Приклад адаптації, коли зміна умов призводить до взаємного пристосування живих організмів один до одного, є корелятивним пристосуванням або коадаптацією.
Пристосування може бути пасивним, коли функції або будова суб'єкта відбуваються без його участі, або активним, коли він свідомо змінює свої звички відповідно до навколишнього середовища (приклади адаптації людей до природних умов або соціуму). Трапляються випадки, коли суб'єкт пристосовує довкілля під свої потреби – це об'єктивна адаптація.
Біологи поділяють види адаптації за трьома ознаками:
- Морфологічні.
- фізіологічні.
- Поведінкові чи психологічні.
Приклади адаптації тварин чи рослини у чистому вигляді рідкісні, більшість випадків звикання до нових умов відбувається у змішаних видах.
Морфологічні адаптації: приклади
Морфологічні зміни - це зміни форми тіла, окремих органів або всієї будови живого організму, що відбулися в процесі еволюції.
Нижче наведено морфологічні адаптації, приклади з тваринного та рослинного світу, які ми розглядаємо як само собою зрозуміле явище:
- Переродження листя в колючки у кактусів та інших рослин посушливих регіонів.
- Панцир черепахи.
- Обтічні форми тіла мешканців водойм.
Фізіологічні адаптації: приклади
Пристосування фізіологічне – це зміна низки хімічних процесів, що відбуваються всередині організму.
- Виділення квітами сильного запаху для залучення комах сприяє запиленню.
- Стан анабіозу, до якого здатні входити найпростіші організми, дозволяє їм зберігати життєдіяльність багато років. Найстаріша здатна до розмноження бактерія має вік 250 років.
- Нагромадження підшкірного жиру, що перетворюється на воду, у верблюдів.
Поведінкові (психологічні) адаптації
З психологічним чинником пов'язані приклади адаптації людини. Поведінкові характеристики властиві флорі та фауні. Так, у процесі еволюції зміна температурного режиму змушує деяких тварин впадати у сплячку, птахів – відлітати на південь, щоб повернутися навесні, дерева – скидати листя та уповільнювати рух соків. Інстинкт вибору найбільш відповідного партнера для продовження роду рухає поведінкою тварин у шлюбний період. Деякі північні жаби та черепахи повністю замерзають на зиму та відтають, оживають із настанням тепла.
Чинники, які викликають потребу у змінах
Будь-які процеси адаптації - це реакція у відповідь на фактори екології, які ведуть до зміни навколишнього середовища. Такі фактори поділяються на біотичні, абіотичні та антропогенні.
Біотичні чинники - це вплив живих організмів друг на друга, коли, наприклад, зникає вид, який є їжею іншому.
Абіотичні чинники – це зміни у навколишній неживій природі, коли змінюється клімат, склад ґрунту, забезпеченість водою, цикли сонячної активності. Фізіологічні адаптації, приклади впливу абіотичних факторів – екваторіальні риби, які можуть дихати і у воді, і на суші. Вони добре пристосувалися до умов, коли пересихання річок – часте явище.
Антропогенні фактори – вплив людської діяльності, що змінює навколишнє середовище.
Пристосування до довкілля
- Освітленість. У рослин – це окремі групи, які відрізняються потребою у сонячному освітленні. На відкритих просторах добре живуть світлолюбні геліофіти. На противагу їм - сціофіти: рослини лісових хащів, добре почуваються в затінених місцях. Серед тварин також є особини, чия розрахована на активний спосіб життя на ніч чи під землею.
- Температура повітря.У середньому для всього живого, у тому числі й людини, оптимальним температурним середовищем вважається діапазон від 0 до 50 о С. Однак життя є практично у всіх кліматичних регіонах Землі.
Протилежні приклади адаптації до аномальних температур описані нижче.
Арктичні риби не замерзають завдяки виробленню в крові унікального антифризного білка, який не дає крові заледеніти.
Найпростіші мікроорганізми виявлено у гідротермальних джерелах, температура води в яких перевищує градус кипіння.
Рослини-гідрофіти, тобто ті, що живуть у воді або біля неї, гинуть навіть за незначної втрати вологи. Ксерофіти, навпаки, пристосовані жити в посушливих регіонах і гинуть при великій вологості. Серед тварин природа також попрацювала над адаптацією до водного та безводного оточення.
Адаптація людини
Здібності людини до пристосування воістину грандіозні. Секрети людського мислення розкрито далеко не повністю, і таємниці адаптивної здатності людей ще довго будуть загадковою темою для вчених. Перевага Гомо сапієнса перед іншими живими істотами - у здатності свідомо змінювати свою поведінку під вимогу навколишнього середовища або, навколишній світ під свої потреби.
Гнучкість поведінки людини проявляється щодня. Якщо дати завдання: «наведіть приклади адаптації людей», більшість починає згадувати виняткові випадки виживання в цій рідкісній ситуації, а в нових для себе обставинах властива людині щодня. Ми приміряємо на себе нову обстановку в момент народження світ, у дитячому садку, школі, в колективі, при переїзді в іншу країну. Саме цей стан прийняття нових відчуттів організмом називають стресом. Стрес є психологічним чинником, проте під його впливом змінюються багато фізіологічні функції. У випадку, коли людина сприймає нове середовище як позитивне для себе, новий стан стає звичним, інакше стрес загрожує стати затяжним і призвести до низки серйозних захворювань.
Механізми пристосування людини
Існують три типи адаптації людини:
- Фізіологічна. Найпростіші приклади - акліматизації та пристосованість до зміни часових поясів або добового режиму роботи. У процесі еволюції сформувалися різні типи громадян, залежно від територіального місця проживання. Арктичний, високогірний, континентальний, пустельний, екваторіальний типи значно відрізняються фізіологічними показниками.
- Психологічна адаптаціяЦе здатність людини шукати моменти розуміння з людьми різних психотипів, країни з іншим рівнем менталітету. Людині розумній властиво змінювати свої усталені стереотипи під впливом нової інформації, особливих випадків, стресу.
- Соціальна адаптаціяТип звикання, властивий лише людині.
Усі адаптивні типи тісно пов'язані між собою, як привило, будь-яка зміна звичного існування викликає у людині потреба у соціальної та психологічної адаптації. Під їх впливом набувають чинності механізми фізіологічних змін, які теж підлаштовуються під нові умови.
Така мобілізація всіх реакцій організму названа адаптаційним синдромом. Нові реакції організму з'являються у відповідь різкі зміни обстановки. У першій стадії - тривоги - спостерігається зміна фізіологічних функцій, зміни у роботі обміну речовин, і систем. Далі підключаються захисні функції та органи (у тому числі мозок), починають включати свої захисні функції та приховані можливості. Третя стадія адаптації залежить від індивідуальних особливостей: людина або включається в нове життя і входить у звичайне русло (у медицині в цей період настає одужання), або організм не приймає стресу, і наслідки набувають вже негативної форми.
Феномени людського організму
У людині закладено природою величезний запас міцності, який використовується у повсякденному житті лише у незначному обсязі. Виявляється він у екстремальних ситуаціях і сприймається як диво. Насправді ж чудо закладене у нас самих. Приклад адаптації: здатність людей адаптуватися до життя після видалення значної частини внутрішніх органів.
Природний вроджений імунітет протягом життя може зміцнюватися рядом факторів або навпаки, слабшати при неправильному способі життя. На жаль, захоплення шкідливими звичками – це також відмінність людини від інших живих організмів.
Історія екологічного знання налічує багато століть. Вже первісним людям необхідно було мати певні знання про рослини і тварин, їх спосіб життя, взаємовідносини один з одним та з навколишнім середовищем. У рамках загального розвитку природничих наук відбувалося і накопичення знань, що нині належать до галузі екологічної науки. Як самостійна дисципліна, що відокремилася, екологія виділилася в XIX ст.
Термін Екологія (від грецьк.екоє - будинок, логос - вчення) в науку ввів німецький біолог Ернест Геккель.
У 1866 р. у роботі «Загальна морфологія організмів» він писав, що це «... сума знань, що належать до економіки природи: вивченню всієї сукупності взаємин тварини з навколишнім середовищем, як органічної, так і неорганічної, і перш за все її дружніх або ворожих відносин з тими тваринами та рослинами, з якими воно прямо чи опосередковано вступає в контакт». Таке визначення відносить екологію до біологічних наук. На початку XX ст. формування системного підходу та розробка вчення про біосферу, яке є найбільшою областю знання, що включає безліч наукових напрямів як природного, так і гуманітарного циклу, в тому числі і загальну екологію, зумовили поширення екосистемних поглядів в екології. Основним об'єктом вивчення в екології стала екосистема.
Екосистемою називають сукупність живих організмів, що взаємодіють один одному і з навколишнім середовищем за допомогою обміну речовиною, енергією та інформацією таким чином, що ця єдина система зберігає стійкість протягом тривалого часу.
Все зростаюча дія людини на довкілля зажадала знову розширити межі екологічного знання. У другій половині XX ст. науково-технічний прогрес спричинив низку проблем, які отримали статус глобальних, таким чином, у полі зору екології виразно позначилися питання порівняльного аналізу природних та техногенних систем та пошуку шляхів їх гармонійного співіснування та розвитку.
Відповідно диференціювалася та ускладнювалася структура екологічної науки. Нині її можна як чотири основні гілки, мають подальше розподіл: Біоекологія, геоекологія, екологія людини, прикладна екологія.
Таким чином, ми можемо дати визначення екології як науки про загальні закони функціонування екосистем різного порядку, сукупності наукових та практичних питань взаємовідносин людини та природи.
2. Екологічні чинники, їх класифікація, види на організми
Будь-який організм у природі відчуває у собі вплив найрізноманітніших компонентів довкілля. Будь-які властивості чи компоненти довкілля, які впливають на організми, називають екологічними чинниками.
Класифікація екологічних факторів. Чинники середовища (екологічні чинники) різноманітні, мають різну природу та специфіку дії. Вирізняють такі групи екологічних чинників:
1. Абіотичні (чинники неживої природи):
а) кліматичні – умови освітленості, температурний режим тощо;
б) едафічні (місцеві) - водопостачання, тип ґрунту, рельєф місцевості;
в) орографічні - повітряні (вітер) та водні течії.
2. Біотичні чинники - це всі форми впливу живих організмів один на одного:
Рослини. Рослини Тварини. Рослини Гриби. Рослини Мікроорганізми. Тварини Тварини. Тварини гриби. Тварини Мікроорганізми. Гриби. Гриби Мікроорганізми. Мікроорганізми.
3. Антропогенні чинники - це всі форми діяльності людського суспільства, що призводять до зміни довкілля інших видів або безпосередньо позначаються на їхньому житті. Вплив цієї групи екологічних чинників стрімко зростає рік у рік.
Види впливу екологічних чинників на організми. Екологічні чинники надають живі організми впливу різного роду. Вони можуть бути:
Подразниками, які сприяють появі пристосувальних (адаптивних) фізіологічних та біохімічних змін (зимова сплячка, фотоперіодизм);
Обмежувачами, що змінюють географічне поширення організмів через неможливість існування в цих умовах;
Модифікаторами, що викликають морфологічні та анатомічні зміни організмів;
Сигналами, що свідчать про зміни інших факторів середовища.
Загальні закономірності впливу екологічних чинників:
У зв'язку з надзвичайним розмаїттям екологічних чинників різні види організмів, відчуваючи їх вплив, відповідають нього по-різному, проте, можна виявити ряд загальних законів (закономірностей) дії екологічних чинників. Зупинимося на деяких із них.
1. Закон оптимуму
2. Закон екологічної індивідуальності видів
3. Закон обмежуючого (лімітуючого) фактора
4. Закон неоднозначної дії
3. Закономірності впливу факторів середовища на організми
1) Правило оптимуму. Для екосистеми, організму чи певної стадії його
розвитку є діапазон найсприятливішого значення фактора. Там де
фактори сприятливі щільність популяції максимальна. 2) Толерантність.
Ці показники залежать від середовища, в якому живуть організми. Якщо вона
стабільна за своїм
свій-ам, у ній більше шансів на виживання організмів.
3) Правило взаємодії чинників. Одні фактори можуть посилювати або
пом'якшувати силу дії інших чинників.
4) Правило лімітуючих факторів. Чинник, що перебуває в нестачі або
надлишку негативно впливає на організми та обмежує можливість прояву. сили
дії інших факторів. 5) Фотооперіодизм. Під фотоперіодизмом
розуміють реакцію організму довжину дня. Реакція зміну світла.
6) Адаптація до ритмічності природних явищ. Адаптація до добової та
сезонній ритміці, припливно-відливним явищам, ритмам сонячної активності,
місячним фазам та ін явищам, що повторюються зі строгою періодичністю.
ек. валентність (пластичність) – здатність орг. адаптуватися до отд. факторам окр. середовища.
Закономірності впливу екологічних чинників на живі організми.
Екологічні чинники та його класифікація. Всі організми потенційно здатні до необмеженого розмноження та розселення: навіть види, що ведуть прикріплений спосіб життя, мають хоча б одну фазу розвитку, на якій здатні до активного чи пасивного поширення. Але водночас видовий склад організмів, що у різних кліматичних зонах, не поєднується: кожної з них властивий певний набір видів тварин, рослин, грибів. Це пояснюється обмеженням надмірного розмноження та розселення організмів певними географічними перешкодами (моря, гірські хребти, пустелі та ін.), кліматичними факторами (температура, вологість та ін.), а також взаємозв'язками між окремими видами.
Залежно від природи та особливостей дії екологічні фактори поділяють на абіотичні, біотичні та антропогенні (антропічні).
Абіотичні фактори - це компоненти та властивості неживої природи, які прямо чи опосередковано впливають на окремі організми та їх угруповання (температура, освітленість, вологість, газовий склад повітря, тиск, сольовий склад води та ін.).
До окремої групи екологічних факторів відносяться різні форми господарської діяльності людини, що змінюють стан довкілля різних видів живих істот, включаючи і саму людину (антропогенні фактори). За відносно короткий період існування людини як біологічного виду її діяльність докорінно змінила вигляд нашої планети і щороку цей вплив на природу зростає. Інтенсивність дії деяких екологічних факторів може залишатись відносно стабільною протягом тривалих історичних періодів розвитку біосфери (наприклад, сонячне випромінювання, сила тяжіння, сольовий склад морської води, газовий склад атмосфери тощо). Більшість їх має змінну інтенсивність (температура, вологість тощо.). Ступінь мінливості кожного з екологічних факторів залежить від особливостей довкілля організмів. Наприклад, температура на поверхні ґрунту може варіювати у значних межах залежно від пори року чи доби, погоди тощо, тоді як у водоймах на глибинах понад декілька метрів перепади температури майже відсутні.
Зміни екологічних факторів можуть бути:
Періодичними, залежно від часу доби, пори року, положення Місяця щодо Землі тощо;
Неперіодичними, наприклад, виверження вулканів, землетруси, урагани та ін.;
Спрямованими протягом значних історичних проміжків часу, наприклад, зміни клімату Землі, пов'язані з перерозподілом співвідношення площ суші та Світового океану.
Кожен із живих організмів постійно пристосовується до всього комплексу екологічних факторів, тобто до довкілля, регулюючи процеси життєдіяльності відповідно до змін цих факторів. Середовище - це сукупність умов, в яких живуть певні особини, популяції, угруповання організмів.
Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми. Незважаючи на те, що екологічні фактори дуже різноманітні та різні за природою, відзначають деякі закономірності їхнього впливу на живі організми, а також реакцій організмів на дію цих факторів. Пристосування організмів до умов довкілля називаються адаптаціями. Вони виробляються всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до біогеоценотичного. Адаптації є непостійними, оскільки змінюються в процесі історичного розвитку окремих видів залежно від змін інтенсивності дії екологічних факторів. Кожен вид організмів пристосований до певних умов існування особливим чином: не існує двох близьких видів, подібних до своїх адаптацій (правило екологічної індивідуальності). Так, кріт (ряд Комахоїдні) та сліпуха (ряд Гризуни) адаптовані до існування в грунті. Але кріт риє ходи за допомогою передніх кінцівок, а сліпа - різців, викидаючи назовні ґрунт головою.
Хороша пристосованість організмів до певного фактора не означає такої самої адаптованості до інших (правило відносної незалежності адаптації). Наприклад, лишайники, які можуть оселитися на субстратах, бідних на органіку (наприклад, скельних породах) і витримувати посушливі періоди, дуже чутливі до забруднення повітря.
Існує і закон оптимуму: кожен фактор позитивно впливає на організм лише у певних межах. Сприятлива для організмів певного виду інтенсивність впливу екологічного чинника називається зони оптимуму. Чим більша інтенсивність дії певного екологічного фактора відхилятиметься оптимальною в той чи інший бік, тим більше буде виражена його пригнічувальна дія на організми (зона песимуму). Значення інтенсивності впливу екологічного фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості (критичні точки максимуму та мінімуму). Відстань між межами витривалості визначає екологічну валентність певного виду щодо тієї чи іншої чинника. Отже, екологічна валентність - це діапазон інтенсивності впливу екологічного чинника, у якому можливе існування певного виду.
Широку екологічну валентність особин певного виду щодо конкретного екологічного чинника позначають префіксом «єври-». Так, песці відносяться до евритермних тварин, оскільки витримують значні коливання температури (не більше 80°С). Деякі безхребетні (губки, кільчаків, голкошкірі) відносяться до еврибатних організмів, тому оселяються від прибережної зони до великих глибин, витримуючи значні коливання тиску. Види, які можуть жити в широкому діапазоні коливань різних екологічних факторів, називають еврибіонтними.
Оптимум та межі витривалості організму щодо певного фактора залежать від інтенсивності дії інших. Наприклад, у суху безвітряну погоду легше витримувати низькі температури. Отже, оптимум і межі витривалості організмів щодо будь-якого чинника середовища можуть зрушуватися у певний бік залежно від цього, з якою силою та у якому поєднанні діють інші чинники (явище взаємодії екологічних чинників).
Але взаємокомпенсація життєво важливих екологічних факторів має певні межі і жоден не може бути замінений іншими: якщо інтенсивність дії хоча б одного фактора виходить за межі витривалості, існування виду стає неможливим, незважаючи на оптимальну інтенсивність дії інших. Так, недолік вологи гальмувати процес фотосинтезу навіть за оптимальної освітленості та концентрації CO2 в атмосфері.
Фактор, інтенсивність дії якого за межі витривалості, називається обмежувальним. Обмежуючі чинники визначають територію розселення виду (ареал). Наприклад, поширення багатьох видів тварин північ стримується браком тепла і світла, на південь - дефіцитом вологи подібне.
Таким чином, присутність та процвітання певного виду в даному середовищі проживання зумовлено його взаємодією з цілим комплексом екологічних факторів. Недостатня чи надмірна інтенсивність дії будь-якого їх неможливим процвітання і саме існування окремих видів.
Екологічні чинники - це будь-які компоненти довкілля, які впливають живі організми та його угруповання; їх поділяють на абіотичні (складові неживої природи), біотичні (різні форми взаємодії між організмами) та антропогенні (різні форми господарської діяльності людини).
Пристосування організмів до умов довкілля називають адаптаціями.
Будь-який екологічний чинник має лише певні межі позитивного на організми (закон оптимуму). Кордони інтенсивності дії фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості.
Оптимум і межі витривалості організмів стосовно будь-якого фактора середовища можуть змінюватись у певний бік залежно від того, з якою інтенсивністю і в якому поєднанні діють інші екологічні фактори (явища взаємодії екологічних факторів). Але їхня взаємна компенсація обмежена: жоден життєво необхідний фактор не може бути замінений іншими. Екологічний фактор, який виходить за межі витривалості, називається обмежувальним, він визначає ареал певного виду.
кологічна пластичність організмів
Екологічна пластичність організмів (екологічна валентність) – ступінь пристосовуваності виду до змін фактора середовища. Виражається діапазоном значень факторів середовища, у межах якого цей вид зберігає нормальну життєдіяльність. Чим ширший діапазон, тим більша екологічна пластичність.
Види, здатні існувати при невеликих відхиленнях фактора від оптимуму, називаються вузькоспеціалізованими, а види, що витримують значні зміни фактора, - широкопристосованими.
Екологічна пластичність може розглядатися як стосовно окремого фактора, так і стосовно комплексу екологічних факторів. Здатність видів переносити значні зміни певних факторів означає відповідний термін з приставкою "еврі":
Еврітермні (пластичні до температури)
Евриголінні (солона води)
Еврифотні (пластичні до світла)
Евригігричні (пластичні до вологості)
Евріойкі (пластичні до місця проживання)
Евріфагні (пластичні до їжі).
Види, пристосовані до невеликих змін даного фактора, позначаються терміном із приставкою "стіно". Ці приставки використовуються, щоб виразити відносний ступінь толерантності (наприклад, у стенотермного виду екологічний температурний оптимум та песимум зближені).
Види, що мають широку екологічну пластичність по відношенню до комплексу екологічних факторів - еврибіонти; види з малою індивідуальною пристосовністю - стенобіонти. Еврібіонтність та істенобіонтність характеризують різні типи пристосування організмів до виживання. Якщо еврібіонти тривалий час розвиваються в хороших умовах, то вони можуть втрачати екологічну пластичність і виробляти риси стенобіонтів. Види, що існують при значних коливаннях фактора, набувають підвищеної екологічної пластичності і стають еврібіонтами.
Наприклад, у водному середовищі більше стенобионтов, оскільки він за своїми властивостями щодо стабільна і амплітуди коливання окремих чинників малі. У динамічнішому повітряно-наземному середовищі переважають еврибіонти. У теплокровних тварин екологічна валентність ширша, ніж у холоднокровних. Молоді та старі організми, як правило, потребують однорідніших умов середовища.
Еврібіонти широко поширені, а стенобіонтність звужує ареали; однак у деяких випадках завдяки високій спеціалізованості стенобионтам належать великі території. Наприклад, рибоїдна птиця скопа є типовим стенофагом, але по відношенню до інших факторів середовища - еврибіонтом. У пошуках необхідної їжі птах здатний долати у польоті великі відстані, тому займає значний ареал.
Пластичність - здатність організму існувати у певному діапазоні значень екологічного фактора. Пластичність визначається нормою реакції.
За рівнем пластичності по відношенню до окремих факторів усі види поділяються на три групи:
Стенотопи – види, здатні існувати у вузькому діапазоні значень екологічного фактора. Наприклад, більшість рослин вологих екваторіальних лісів.
Евритопи - широкопластичні види, здатні освоювати різні місцеперебування, наприклад, всі види-космополіти.
Мезотопи займають проміжне положення між стенотопами та евритопами.
Слід пам'ятати, що вид може бути, наприклад, стенотопом за одним фактором та евритопом – за іншим і навпаки. Наприклад, людина є евритоп по відношенню до температури повітря, але стенотоп за вмістом кисню в ньому.
Екологічні фактори- Це комплекс навколишніх умов, що впливають на живі організми. Розрізняють фактори неживої природи- Абіотичні (кліматичні, едафічні, орографічні, гідрографічні, хімічні, пірогенні), фактори живої природи— біотичні (фітогенні та зоогенні) та фактори антропогенні (вплив людської діяльності). До лімітуючих відносяться будь-які фактори, що обмежують зростання та розвиток організмів. Пристосування організму до довкілля називається адаптацією. Зовнішній вигляд організму, що відбиває його пристосованість до умов середовища, називається життєвою формою.
Поняття про екологічні фактори середовища, їх класифікація
Окремі компоненти довкілля, що впливають на живі організми, на які вони реагують пристосувальними реакціями (адаптаціями), називаються факторами середовища, або екологічними факторами. Інакше кажучи, комплекс навколишніх умов, що впливають на життєдіяльність організмів, має назву екологічні чинники середовища
Усі екологічні чинники поділяють на групи:
1. включають компоненти та явища неживої природи, що прямо чи опосередковано впливають на живі організми. Серед багатьох абіотичних факторів головну роль відіграють:
- кліматичні(сонячна радіація, світло та світловий режим, температура, вологість, атмосферні опади, вітер, атмосферний тиск та ін.);
- едафічні(механічна структура та хімічний склад ґрунту, вологоємність, водний, повітряний та тепловий режим ґрунту, кислотність, вологість, газовий склад, рівень ґрунтових вод та ін.);
- орографічні(рельєф, експозиція схилу, крутість схилу, перепад висот, висота над рівнем моря);
- гідрографічні(прозорість води, плинність, проточність, температура, кислотність, газовий склад, вміст мінеральних та органічних речовин та ін.);
- хімічні(газовий склад атмосфери, сольовий склад води);
- пірогенні(Вплив вогню).
2. — сукупність взаємовідносин живих організмів, і навіть їх взаємовпливів на довкілля. Дія біотичних факторів може бути не тільки безпосереднім, а й непрямим, виражаючи коригування абіотичних факторів (наприклад, зміна складу грунту, мікроклімату під пологом лісу і т.д.). До біотичних факторів належать:
- фітогенні(Вплив рослин один на одного і на навколишнє середовище);
- зоогенні(Вплив тварин один на одного і на навколишнє середовище).
3. відображають інтенсивний вплив людини (безпосередньо) або людської діяльності (опосередковано) на довкілля та живі організми. До таких факторів відносяться всі форми діяльності людини і людського суспільства, які призводять до зміни природи як довкілля та інших видів і безпосередньо позначаються на їхньому житті. Кожен живий організм зазнає впливу неживої природи, організмів інших видів, у тому числі людини, і в свою чергу впливає на кожну з цих складових.
Вплив антропогенних чинників у природі може бути як свідомим, і випадковим, чи неусвідомленим. Людина, розорюючи цілинні та покладені землі, створює сільськогосподарські угіддя, виводить високопродуктивні та стійкі до захворювань форми, розселяє одні види та знищує інші. Ці впливу (свідомі) часто мають негативний характер, наприклад необдумане розселення багатьох тварин, рослин, мікроорганізмів, хижацьке знищення цілого ряду видів, забруднення середовища та ін.
Біотичні фактори середовища проявляються через взаємини організмів, що входять до однієї спільноти. У природі багато видів тісно взаємопов'язані, їх відносини один з одним як компонентами довкілля можуть мати надзвичайно складний характер. Що стосується зв'язків між спільнотою та навколишнім неорганічним середовищем, то вони завжди є двосторонніми, обопільними. Так, характер лісу залежить від відповідного типу ґрунтів, але сам ґрунт значною мірою формується під впливом лісу. Подібно до цього температура, вологість і освітленість у лісі визначаються рослинністю, але сформовані кліматичні умови в свою чергу впливають на співтовариство живуть у лісі організмів.
Вплив екологічних факторів на організм
Вплив довкілля сприймається організмами через посередництво факторів середовища, званих екологічними.Слід зазначити, що екологічним фактором є тільки елемент довкілля, що змінюється, що викликає у організмів при своїй повторній зміні відповідні пристосувальні еколого-фізіологічні реакції, що спадково закріплюються в процесі еволюції. Вони поділяються на абіотичні, біотичні та антропогенні (рис. 1).
Називають всю сукупність факторів неорганічного середовища, що впливають на життя та поширення тварин та рослин. Серед них розрізняють: фізичні, хімічні та едафічні.
Фізичні фактори -ті, джерелом яких є фізичний стан чи явище (механічне, хвильове та інших.). Наприклад, температура.
Хімічні фактори- Ті, що походять від хімічного складу середовища. Наприклад, солоність води, вміст кисню тощо.
Едафічні (або ґрунтові) факториявляють собою сукупність хімічних, фізичних і механічних властивостей грунтів і гірських порід, що впливають як на організми, для яких вони є довкіллям, так і на кореневу систему рослин. Наприклад, вплив біогенних елементів, вологості, структури ґрунту, вміст гумусу тощо. на зростання та розвиток рослин.
Мал. 1. Схема впливу довкілля (навколишнього середовища) на організм
- фактори діяльності людини, що впливають на навколишнє природне середовище (і гідросфери, ерозія ґрунтів, знищення лісів тощо).
Лімітуючими (обмежуючими) екологічними фактораминазивають такі фактори, які обмежують розвиток організмів через нестачу чи надлишок поживних речовин у порівнянні з потребою (оптимальним вмістом).
Так, при вирощуванні рослин за різних температур точка, при якій спостерігається максимальне зростання, і буде оптимумом.Весь інтервал температур, від мінімальної до максимальної, за яких ще можливе зростання, називають діапазоном стійкості (витривалості),або толерантності.Обмежують його точки, тобто. максимальна та мінімальна придатні для життя температури – межі стійкості. Між зоною оптимуму і межами стійкості з наближенням до останнім рослина відчуває все наростаючий стрес, тобто. мова йде про стресові зони, або зони пригнічення,у межах діапазону стійкості (рис. 2). У міру віддалення від оптимуму вниз і вгору за шкалою не тільки посилюється стрес, але після досягнення меж стійкості організму відбувається його загибель.
Мал. 2. Залежність впливу екологічного чинника від його інтенсивності
Таким чином, для кожного виду рослин або тварин існують оптимум, стресові зони та межі стійкості (або витривалості) щодо кожного фактора довкілля. При значенні фактора, близького до меж витривалості, організм може існувати лише нетривалий час. У вужчому інтервалі умов можливе тривале існування та зростання особин. Ще у вужчому діапазоні відбувається розмноження, і вигляд може існувати необмежено довго. Зазвичай десь у середній частині діапазону стійкості є умови, найбільш сприятливі для життєдіяльності, зростання та розмноження. Ці умови називають оптимальними, у яких особини цього виду виявляються найпристосованішими, тобто. залишають найбільше нащадків. Насправді виявити такі умови складно, тому оптимум зазвичай визначають окремі показники життєдіяльності (швидкість зростання, виживання тощо.).
Адаптаціяполягає в пристосуванні організму до умов довкілля.
Здатність до адаптацій - одна з основних властивостей життя взагалі, що забезпечує можливість її існування, можливість організмів виживати та розмножуватися. Адаптації проявляються на різних рівнях - від біохімії клітин та поведінки окремих організмів до будови та функціонування спільнот та екологічних систем. Усі пристосування організмів до існування у різних умовах виробилися історично. В результаті сформувалися специфічні для кожної географічної зони угруповання рослин та тварин.
Адаптації можуть бути морфологічними,коли змінюється будова організму аж до утворення нового виду, та фізіологічними,коли відбуваються зміни у функціонуванні організму. До морфологічних адаптацій близько примикає пристосувальне забарвлення тварин, здатність змінювати її залежно від освітленості (камбала, хамелеон та ін.).
Широко відомі приклади фізіологічної адаптації - зимова сплячка тварин, сезонні перельоти птахів.
Дуже важливими для організмів є поведінкові адаптації.Наприклад, інстинктивна поведінка визначає дію комах та нижчих хребетних: риб, земноводних, плазунів, птахів та ін. Така поведінка генетично запрограмована і передається у спадок (вроджена поведінка). Сюди відноситься: спосіб побудови гнізда у птахів, спарювання, вирощування потомства та ін.
Існує також і набутий наказ, отриманий індивідом у його житті. Навчання(або навчання) -Основний метод передачі отриманого поведінки від покоління до іншого.
Здатність індивіда керувати своїми пізнавальними здібностями, щоб вижити при несподіваних змінах довкілля, є інтелектом.Роль навчання та інтелекту у поведінці зростає з удосконаленням нервової системи – збільшенням кори головного мозку. Для людини це визначальний механізм еволюції. Властивість видів адаптуватися до того чи іншого діапазону факторів середовища позначається поняттям екологічна містичність виду.
Спільна дія екологічних факторів на організм
Екологічні чинники зазвичай діють по одному, а комплексно. Дія одного фактора залежить від сили впливу інших. Поєднання різних факторів помітно впливає на оптимальні умови життя організму (див. рис. 2). Дія одного фактора не замінює дію іншого. Однак при комплексному впливі середовища часто можна спостерігати «ефект заміщення», який проявляється у схожості результатів впливу різних факторів. Так, світло не може бути замінене надлишком тепла або великою кількістю вуглекислого газу, але, впливаючи змінами температури, можна призупинити, наприклад, фотосинтез рослин.
У комплексному впливі середовища дія різних факторів для організмів нерівноцінна. Їх можна поділити на головні, супутні та другорядні. Провідні чинники різні для різних організмів, навіть вони живуть одному місці. У ролі провідного чинника різних етапах життя організму можуть виступати то одні, то інші елементи середовища. Наприклад, у житті багатьох культурних рослин, таких, як злаки, у період проростання провідним фактором є температура, у період колосіння та цвітіння – ґрунтова волога, у період дозрівання – кількість поживних речовин та вологість повітря. Роль провідного фактора в різні пори року може змінюватися.
Провідний чинник може бути неоднаковий в тих самих видів, що у різних фізико-географічних умовах.
Поняття про провідні фактори не можна змішувати з поняттям про. Чинник, рівень якого в якісному чи кількісному відношенні (недолік чи надлишок) виявляється близьким до меж витривалості даного організму, називається лімітуючим.Дія лімітуючого фактора виявлятиметься і в тому випадку, коли інші фактори середовища сприятливі або навіть оптимальні. Лімітуючими можуть бути як провідні, і другорядні екологічні чинники.
Поняття лімітуючих чинників було запроваджено 1840 р. хіміком 10. Лібіхом. Вивчаючи вплив зростання рослин вмісту різних хімічних елементів у грунті, він сформулював принцип: «Речовою, що у мінімумі, управляється врожай і визначається величина і стійкість останнього у часе». Цей принцип відомий за назвою закону мінімуму Лібіха.
Лімітуючим фактором може бути не лише недолік, на що вказував Лібіх, а й надлишок таких факторів, як, наприклад, тепло, світло та вода. Як зазначалося раніше, організми характеризуються екологічним мінімумом та максимумом. Діапазон між цими двома величинами прийнято називати межами стійкості чи толерантності.
У загальному вигляді всю складність впливу екологічних факторів на організм відображає закон толерантності В. Шелфорда: відсутність або неможливість процвітання визначається недоліком або, навпаки, надлишком будь-якого з ряду факторів, рівень яких може виявитися близьким до меж, що переносяться даним організмом (1913). Ці дві межі називають межами толерантності.
За «екологією толерантності» було проведено численні дослідження, завдяки яким стали відомі межі існування багатьох рослин та тварин. Таким прикладом є вплив речовини, що забруднює атмосферне повітря, на організм людини (рис. 3).
Мал. 3. Вплив речовини, що забруднює атмосферне повітря, на організм людини. Макс - максимальна життєва активність; Додаткова - допустима життєва активність; Опт - оптимальна (не впливає на життєву активність) концентрація шкідливої речовини; ГДК - гранично допустима концентрація речовини, що істотно не змінює життєву активність; Літ - летальна концентрація
Концентрація фактора, що впливає (шкідливої речовини) на рис. 5.2 позначена символом З. При значеннях концентрації З = З років людина загине, але незворотні зміни у його організмі відбудуться за значно менших значеннях З = З пдк. Отже, діапазон толерантності обмежується саме значенням С пдк = С лім. Звідси, С пк необхідно визначити експериментально для кожного забруднюючого або будь-якого шкідливого хімічного з'єднання і не допускати перевищення його С плк в конкретному середовищі проживання (життєвому середовищі).
В охороні навколишнього середовища важливі саме верхні межі стійкості організмудо шкідливих речовин.
Таким чином, фактична концентрація забруднюючої речовини С факт не повинна перевищувати С пдк (С факт ≤ С пдк = С лім).
Цінність концепції лімітуючих чинників (З лім) у тому, що вона дає екологу відправну точку щодо складних ситуацій. Якщо для організму характерний широкий діапазон толерантності до фактора, що відрізняється відносною постійністю, і він присутній в середовищі в помірних кількостях, такий навряд чи є лімітуючим. Навпаки, якщо відомо, що той чи інший організм має вузький діапазон толерантності до якогось мінливого фактора, то саме цей фактор і заслуговує на уважне вивчення, оскільки він може бути лімітуючим.
У процесі еволюції, під впливом природного відбору, який здійснює селекцію форм, найбільшою мірою відповідних місцевим умовам, у межах популяції концентруються особини, подібні друг з одним, що відрізняються відомою вирівняністю своїх фенотипічних особливостей. Невипадково щодо популяцій впадає у вічі подібність зовнішнього вигляду які входять у «їх особин - за величиною, забарвленні та інших ознаками. Але ще важливіше те, що в однотипних умовах проживання, властивих даної популяції, у тварин виникають однорідні групові реакції на зовнішні дії. Наявність подібних реакцій має надзвичайно важливе значення підтримки цілісності популяції. Справді, якби окремі її члени реагували на однакові подразники по-різному, то природно, у популяції панували б не доцентрові, а відцентрові тенденції. Завдяки ж груповим реакціям у відповідь населення функціонує як єдине ціле. Сказане, звісно, значить, що цим у популяції елімінується екологічна мінливість. Вона продовжує грати свою дуже важливу роль, особливо в умовах динамічного довкілля.
У світі тварин та рослин існує велика кількість різноманітних пристосувань, що полегшують контакти між особинами. С. А. Северцов в 1951 р. запропонував називати такі взаємні адаптації у межах виду конгруенціями, на відміну коадаптацій - пристосувань між видами. Конгруенції властиві всім видам і видовим популяціям. Завдяки їм підтримується цілісність виду та окремих популяцій. Так, надзвичайно важливе значення мають особливості морфології, екології, поведінки, які забезпечують зустріч статей, успішне спарювання, розмноження та виховання потомства. Це - комплекс стрижневих адаптацій, які забезпечують продовження вигляду в нескінченному ряду поколінь. Тут колосальну роль відіграє вивчений ще Дарвіном статевий відбір, від якого залежить не просто успішна зустріч статей, але спарювання насамперед найкращих представників даного виду, завдяки чому життєздатність і виду та окремих популяцій не тільки зберігається, а й посилюється.
Як приклад такого роду конгруенції С. А. Северцов вивчив будову рогів різних видів оленів та інших парнокопитних. Він переконливо показав, що ця, здавалося б, грізна зброя має такий пристрій, який зводить до мінімуму його небезпеку для інших самців того ж виду і надає їх зіткненням у шлюбний період переважно турнірний характер, що, однак, не позбавляє ті ж роги оборонного значення (Мал. 72).
Мал. 72. Самці благородного оленя, що борються (по: Северцов, 1951).
До найважливіших проявів групового життя тварин належить динаміка чисельності. Вона залежить від комплексу різноманітних, зокрема біогеоценологічних чинників. Тому вся ця складна проблема буде розглянута далі, у розділі, присвяченій біогеоценології. Тут же ми зупинимося на деяких її популяційних аспектах, оскільки вони мають першорядне значення для підтримки популяційного гомеостазу і служать наочним прикладом групової адаптації.
Ще порівняно недавно причини коливань чисельності зоологи бачили головним чином вплив на розмноження і смертність тварин різних зовнішніх екологічних чинників (кліматичних, біотичних та інших.). У 50-60-х роках експериментальні та польові дослідження багатьох видів безхребетних та хребетних тварин до ссавців включно розкрили глибокий вплив на їхню плодючість внутрішньопопуляційних механізмів регуляції. Наочним прикладом сказаного можуть бути переконливі досліди А. Ніколсона із зеленою падальною мухою (Lucilia cuprina), які показали,
що навіть у оптимальних умовах існування (зокрема, харчування) у лабораторній популяції личинок та імаго цієї комахи немає безперервного зростання чи стабільного стану чисельності, а спостерігаються циклічні її коливання (рис. 73). Безсумнівно, що це флуктуації обумовлені нічим іншим, як згаданими вище регуляторними механізмами, які у залежність від щільності населення. При надмірному зростанні останньої на стані тварин починає позначатися «масовий ефект», який на відміну від «групового ефекту» діє негативно, стимулюючи конкуренцію і навіть канібалізм (рис. 74), тобто поїдання особин, що належать до того ж виду або навіть популяції, до свого власного потомства.
Мал. 73. Коливання чисельності зеленої падальної мухи (але: Дажо, 1975).
1 – доросла популяція; 2 - кількість яєць, що відкладаються на добу.
Мал. 74. Залежність канібалізму малого борошняного хрущака стосовно своїх яєць від щільності популяції (по: Дажо, 1975).
У ряді випадків, зокрема при утриманні лабораторних тварин, канібалізм має патологічний характер. Такими є нерідкі факти поїдання кроленят, щурів, хом'ячків дорослими тваринами- їх батьками, що є наслідком неправильного догляду та годування. Очевидно, що аналогічні ситуації можуть виникати і в природній обстановці.
Канібалізм не становить рідкості у виводках хижих звірів та птахів, особливо в голодні роки та при нерівномірному розвитку окремих дитинчат та пташенят (рис. 75). Найслабші їх зазвичай знищуються сильнішими, котрий іноді батьками, що має пристосувальне значення для популяції загалом, дозволяючи вижити найбільш життєздатним особинам.
Мал. 75. Нерівномірний розвиток пташенят в одному виводку болотної сови. Фото
Масове поїдання молоді в роки її великого врожаю відоме для риб - корюшки, тріски, наваги та ін.
У багатьох видів безхребетних і хребетних тварин канібалізм становить як звичайне явище, але грає значної ролі у тому існуванні і призводить до виникнення своєрідних адаптацій. Так, канібалізм властивий гусеницям озимої совки. Він нейтралізується тим, що метелики відкладають яйця поодинці або дуже невеликими групами, тож гусениці змушені вести одиночний спосіб життя. Канібалізм спостерігається у представників багатьох загонів риб (включаючи згаданих вище); причому в ряду видів власна молодь становить навіть основний корм. Ця біологічна особливість дозволяє деяким підвидам звичайного окуня (типового хижака) нормально існувати у водоймах, де немає інших видів риб, якими окунь міг харчуватися. Внаслідок цього харчовий ланцюг тут надзвичайно спрощений і укорочений. У ній налічується лише дві ланки консументів: фітопланктон-зоопланктон-окунь. Консумент 2-го порядку розпадається на два ступені, що різняться за віком, розмірами та харчовими потребами: молодь окуня, що харчується зоопланктоном, і дорослих риб, що живуть за рахунок цієї молоді. Цікавим прикладом такого роду відносин може бути балхаський окунь. Власна молодь у складі їжі складає близько 80%. Тим самим дорослі особини не тільки підтримують своє існування, але одночасно обмежують чисельність популяції та зберігають необхідну екологічну рівновагу, що особливо важливо у замкнутих водоймах з обмеженими життєвими ресурсами, де надмірне розмноження хижаків мало б згубні наслідки.
Детальне вивчення динаміки чисельності низки видів мишоподібних гризунів дозволило встановити закономірність, що має майже автоматичний характер. У них у періоди найбільшої щільності популяції, що, здавалося б, свідчить про її процвітання, починають діяти механізми, що гальмують плодючість. При цьому все більше самок залишається яловими, вагітні приносять все менше дитинчат, серед них скорочується відсоток самок і в результаті сумарна плодючість популяції неухильно знижується.
Зазначене явище, поруч із підвищенням смертності, призводить до того, що у стабільних екологічних умовах чисельність популяції починає падати, доки настане депресія. На цьому етапі дія регуляторних механізмів позначається в напрямі не гальмування, а стимуляції розмноження. Плодючість окремих самок неухильно підвищується. Майже всі вони приступають до розмноження, причому приносять підвищену кількість потомства, серед якого з'являється багато самок. В результаті зростає сумарна плодючість усієї популяції. Після завершення подібного циклу популяція знову відчуває гальмуючий ефект, що знижує інтенсивність розмноження, і вся картина повторюється знову і знову.
В основі описаного циклічного процесу лежать багато факторів. Серед них дуже важливу роль відіграє гіпофізарно надниркова система залоз внутрішньої секреції, інтенсивність виділення в кров'яне русло адреналіну. В умовах надмірно високої густини населення, у тварин виникає стан стресу (перенапруги). Нарешті, гальмуючу роль грає також шокова хвороба, що виникає при занадто тісному спілкуванні гризунів один з одним, коли вони впадають у підвищено збуджений стан, що переходить у пряму взаємну агресію через нестачу їжі, сховищ, вільного простору та інших життєвих ресурсів. Всі ці обставини пригнічують плодючість, гальмують зростання чисельності популяції та сприяють зниженню її густини на даній території. Про цей процес можна певною мірою судити за схемою гіпотези, що додається, динаміки чисельності англійського еколога Д. Читті (рис. 76).
Мал. 76. Схема гіпотези динаміки чисельності Д. Читті (по: Чернявський, 1975).
Плодючість в межах видової популяції сильно змінюється за різної екологічної та етологічної ситуації. За даними Т. В. Кошкіної, серед червоних польок тайги Кемеровської області в роки високої чисельності самки-сьогорічки, тобто народилися в цьому році, не розмножуються зовсім. У період депресії популяції приносять потомство як всі дорослі самки, а й понад 62% сеголеток. До того ж вони надзвичайно швидко досягають статевої зрілості, тому деякі встигають за літо принести 2-3 виводки. Таким чином, на стадії занепаду чисельності населення як би мобілізує свої репродуктивні можливості і завдяки цьому виходить з депресії. Слід, проте, пам'ятати, що стан придушення, у якому перебувала населення у несприятливий період життя, відчутно позначається наступних генераціях гризунів. Ті, зокрема, відрізняються зниженою резистентністю до негативних впливів умов проживання.
Нарешті, слід зазначити, що вищевикладені міркування неминуче носять схематичний характер. Вони вимагають певного коригування стосовно різних, навіть близькоспоріднених видів, а також окремих регіонів.