22. Абиотические факторы среды. Приспособления организмов к действию экологических факторов

Определения и обозначения

Абиотические факторы среды — воздействия неживых компонентов природы на организмы: температуры, света, воды, влажности, почвы, солёности, давления и радиации. Они определяют, где организм может жить и как быстро протекают его жизненные процессы. Это понятие нужно, чтобы отделять влияние физико-химической среды от взаимодействий между живыми организмами.

Пределы выносливости — минимальные и максимальные значения фактора, при которых организм ещё способен существовать. За этими границами жизнедеятельность прекращается, а рядом с ними резко ослабевает. Пределы помогают понять, почему распространение вида ограничено определёнными условиями.

Зона оптимума — диапазон значений фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности и размножения организма. В этой зоне рост, развитие и образование потомства обычно идут наиболее успешно. Она показывает не просто возможность выживания, а условия наилучшего функционирования.

Адаптация — наследственно закреплённое приспособление организма к условиям среды, повышающее его выживаемость и успешность размножения. Такие признаки формируются в поколениях благодаря наследственной изменчивости и естественному отбору. Термин нужен, чтобы отличать эволюционные приспособления от временных реакций отдельной особи.

Как это устроено

Фактор среды может выступать ресурсом, условием или источником стресса в зависимости от его природы и интенсивности. Свет для растения является источником энергии, вода — необходимым веществом, а температура задаёт скорость химических реакций. Когда фактор становится слишком слабым или сильным, он уже не поддерживает процессы, а нарушает их и вызывает стресс.

Зависимость жизнедеятельности от интенсивности фактора описывает кривая толерантности. При приближении к благоприятным значениям активность растёт, в зоне оптимума достигает максимума, а затем при дальнейшем усилении фактора снижается. У минимального и максимального пределов организм ещё может сохраняться, но рост и размножение обычно сильно угнетены.

Закон минимума объясняет, почему результат определяется самым дефицитным условием. Например, растение не сможет использовать достаточное количество света, если ему не хватает воды для фотосинтеза. Принцип лимитирующего фактора шире: ограничивать жизнедеятельность может не только недостаток, но и избыток фактора, причём его действие зависит от остальных условий.

Приспособления к температуре включают особенности строения, работы организма и поведения. Густой мех уменьшает отдачу тепла, испарение охлаждает тело, а перемещение в тень помогает избежать перегрева. К недостатку воды растения приспосабливаются запасанием влаги, уменьшением площади листьев и развитием глубоких корней.

Свет влияет на фотосинтез, суточные ритмы и ориентацию организмов, поэтому виды различаются по светолюбивости. К солёности помогают приспособиться удаление лишних солей, накопление совместимых веществ и особая работа клеточных мембран. Любая адаптация относительна: признак, выгодный в пустыне или море, может оказаться затратным либо вредным при изменении среды.

Основные абиотические факторы и приспособления

Таблица помогает связать конкретный фактор с его действием и ответной реакцией организма. Сначала определите, какое условие изменилось, затем выясните, является ли оно недостаточным или избыточным. После этого подберите морфологическое, физиологическое или поведенческое приспособление.

Разбор задач

Задача 1

Назовём абиотические факторы, влияющие на растение пустыни, и подберём по одному приспособлению к каждому. В условии нет конкретного вида, поэтому выбираем типичные условия пустыни: жара, яркий свет и дефицит воды. Для каждого фактора связываем его воздействие с признаком, который уменьшает вред или помогает использовать ресурс.

1. Температура: сильный нагрев компенсируется небольшими листьями или их превращением в колючки, что уменьшает перегрев и испарение.
2. Свет: избыток излучения ослабляется защитными пигментами, отражающей поверхностью или вертикальным расположением листьев.
3. Вода и влажность: недостаток воды преодолевается запасанием её в тканях, восковым налётом и развитой корневой системой.
4. Почва: бедность минеральными веществами компенсируется большим числом корней или симбиозом с грибами, который улучшает поглощение веществ.

Ответ: основные факторы — высокая температура, избыток света, недостаток воды и бедный состав почвы. Приспособления — уменьшение листьев, защитные покровы, запасание воды и эффективная корневая система или микориза.

Задача 2

По кривой толерантности нужно определить зоны и наиболее неблагоприятные значения температуры. На графике жизнедеятельность равна нулю при значениях 1 и 9, а максимальна при значении 5. Значит, границы кривой показывают пределы выносливости, а вершина — оптимум.

1. Минимальный предел выносливости равен 1, максимальный — 9.
2. Зона оптимума находится около значения 5, где жизнедеятельность достигает максимума.
3. Наиболее неблагоприятны значения, близкие к 1 и 9, потому что на них жизнедеятельность почти или полностью прекращается.
4. Значения 2 и 8 относятся к зонам угнетения: организм ещё сохраняется, но функционирует слабее.

Ответ: пределы — 1 и 9, оптимум — около 5, а самые неблагоприятные значения — у минимальной и максимальной границ.

Задача 3

Два растения получают одинаковое количество света, но одно страдает от недостатка воды, а другое — от избытка солей в почве. Одинаковая освещённость не делает условия одинаковыми, потому что разные факторы действуют независимо и могут по-разному ограничивать жизнедеятельность. Для решения определим лимитирующий фактор каждого растения и подберём меры, уменьшающие его действие.

1. У первого растения лимитирующий фактор — вода: нужно улучшить полив, уменьшить испарение или выбрать растение с засухоустойчивыми признаками.
2. У второго растения лимитирующий фактор — избыток солей: следует промыть почву при наличии дренажа, снизить засоление или использовать солеустойчивый вид.
3. После изменения условия нужно проверить рост и состояние растений, поскольку действие факторов связано между собой.

Ответ: первое растение ограничено недостатком воды, второе — высокой солёностью почвы. Выживаемость повышают водоснабжение и уменьшение испарения в первом случае, а удаление солей или солеустойчивость — во втором.

Типичные ошибки

Считать любой фактор абиотическим. Влияние конкурента, паразита или хищника относится к биотическим факторам, хотя происходит в той же среде. Проверьте себя вопросом: имеет ли воздействие неживую физико-химическую природу?

Путать пределы выносливости с зоной оптимума. У границ организм ещё может сохраняться, но его рост и размножение угнетены, тогда как в оптимуме они наиболее успешны. На графике ищите не края допустимого диапазона, а участок максимальной жизнедеятельности.

Называть адаптацией любое изменение за жизнь. Загар, временное закрывание устьиц или привыкание к нагрузке не становятся автоматически наследственными признаками. Для проверки выясните, закреплено ли изменение в поколениях и связано ли оно с естественным отбором.

Считать один вид всегда лучше приспособленным. Преимущество признака зависит от конкретной интенсивности фактора и сочетания условий. Сравнивайте виды только в одинаковой среде и учитывайте, что изменение одного фактора меняет действие других.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живого и обмене веществ: именно обмен объясняет действие температуры, воды и газов. Наследственность, изменчивость и естественный отбор показывают, как формируются адаптации. Понятия экосистемы и экологической ниши помогают связать условия среды с местом вида в природе.

Дальше эти закономерности используются при изучении популяций, экосистем и распределения организмов. Они помогают объяснять последствия изменения климата, засоления почв и загрязнения среды. На их основе оценивают угрозы видам и выбирают меры охраны природы.

Что запомнить

• Абиотические факторы имеют неживую природу и воздействуют на все организмы.
• Для каждого фактора существуют минимальное, оптимальное и максимальное значения.
• За пределами выносливости жизнедеятельность организма невозможна.
• Лимитирующим является фактор, значение которого сильнее всего ограничивает жизнедеятельность.
• Адаптации бывают морфологическими, физиологическими и поведенческими.
• Приспособленность всегда относительна и зависит от условий среды.
• Изменение одного фактора может изменить действие других факторов.