Раздел 2. Взаимоотношения организма и среды

Определения и обозначения

Среда обитания — совокупность условий, в которых живёт организм. Выделяют наземно-воздушную, водную, почвенную среду и среду внутри других организмов. Это понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь организма не отдельно, а в системе постоянных связей с окружающим миром.

Экологический фактор — любое условие или воздействие среды, влияющее на организм. Факторы бывают абиотическими, биотическими и антропогенными. Такое деление помогает установить источник воздействия и понять, почему меняются рост, развитие, поведение или численность организмов.

Оптимум экологического фактора — диапазон его значений, наиболее благоприятный для жизнедеятельности организма. Вблизи оптимума обычно лучше идут обмен веществ, рост и размножение. Оптимум нужен для сравнения реальных условий с теми, в которых организм функционирует наиболее успешно.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, при которых организм ещё способен существовать. Между этими границами возможно выживание, но не обязательно нормальное размножение. За пределами выносливости жизненные процессы прекращаются и организм погибает.

Как это устроено

Особенности среды определяют, какие ресурсы доступны организму и какие трудности ему приходится преодолевать. В воде важны растворённый кислород, солёность и течение, в почве — влажность, воздухопроницаемость и содержание минеральных веществ, а в наземно-воздушной среде — температура, свет и влажность. Организм постоянно испытывает действие сразу нескольких факторов, потому что они существуют одновременно и влияют друг на друга.

Абиотические факторы исходят от неживой природы: это температура, освещённость, давление, вода, ветер и состав почвы. Биотические факторы связаны с живыми организмами: растение конкурирует за свет, хищник поедает жертву, а насекомое опыляет цветок. Антропогенные факторы возникают из-за деятельности человека, например при загрязнении воздуха, вырубке лесов, орошении полей или охране редких видов.

Действие фактора зависит от его интенсивности, потому что физиологические процессы имеют оптимальный диапазон. Слабое освещение может тормозить фотосинтез, умеренное — поддерживать его, а чрезмерно яркий свет — повреждать ткани и усиливать испарение воды. Поэтому один и тот же фактор бывает благоприятным, нейтральным или губительным в зависимости от конкретного значения.

Закон минимума объясняет, почему благоприятных условий недостаточно, если один необходимый фактор резко отклонён от нормы. Например, растение может получать достаточно света и воды, но плохо расти при слишком низкой температуре: именно она станет ограничивающей. Ограничивающий фактор — условие, которое сильнее всего сдерживает жизнедеятельность в данных обстоятельствах.

Организмы приспосабливаются к среде благодаря особенностям строения, физиологии и поведения: у пустынных растений уменьшается испарение, у животных холодных областей развивается теплоизоляция. Такие признаки повышают вероятность выживания и размножения в определённых условиях. Однако приспособленность относительна: изменение климата, пищи или состава среды может сделать прежнее преимущество недостаточным.

Экологические факторы и их влияние на организмы

В таблице сначала определите источник воздействия, затем соотнесите его с примером и возможным результатом. Последняя строка показывает не отдельное происхождение фактора, а ситуацию, когда его значение выходит за благоприятный диапазон.

Разбор задач

Задача 1

У растения достаточно света и воды, но рост замедлился из-за низкой температуры. Нужно определить ограничивающий фактор и объяснить причину такого результата.

1. Перечисляем условия: свет и вода находятся в достатке, поэтому они не ограничивают рост.
2. Сравниваем температуру с благоприятным диапазоном. Низкая температура замедляет работу ферментов и обмен веществ.
3. Делаем вывод: именно температура сильнее всего сдерживает рост, хотя другие условия подходят.

Ответ: ограничивающий фактор — низкая температура. Она замедляет обмен веществ и рост растения, поэтому действие достатка света и воды не проявляется полностью.

Задача 2

Для вида нижний предел выносливости равен 5 °C, оптимум составляет 20–25 °C, а верхний предел — 40 °C. Оценим условия при температуре 10 °C, 23 °C и 42 °C.

1. Температура 10 °C выше нижнего предела 5 °C, но ниже оптимума. Организм может существовать, однако условия неблагоприятны или менее благоприятны.
2. Температура 23 °C попадает в диапазон оптимума 20–25 °C. Это благоприятное значение, при котором жизнедеятельность наиболее успешна.
3. Температура 42 °C превышает верхний предел 40 °C. Организм не выдерживает такое воздействие.

Ответ: 10 °C — допустимая, но неблагоприятная температура; 23 °C — оптимальная; 42 °C — за пределами выносливости и губительна.

Задача 3

После применения инсектицида на участке стало меньше насекомых-опылителей, а урожайность цветущих растений снизилась. Требуется определить тип воздействия и проследить последствия.

1. Инсектицид применил человек, поэтому исходное воздействие является антропогенным фактором.
2. Уменьшение численности опылителей меняет биотические связи: цветы реже посещаются насекомыми, и перенос пыльцы сокращается.
3. Недостаточное опыление уменьшает образование семян и плодов, поэтому урожайность снижается.

Ответ: воздействие антропогенное, а его последствия проявляются через биотическую связь «растение — опылитель»: инсектицид уменьшил число опылителей, ухудшил опыление и снизил урожай.

Типичные ошибки

Среда обитания и экологический фактор — не одно и то же. Ошибка возникает, когда совокупность условий смешивают с одним воздействием. Проверяйте себя вопросом: речь идёт обо всех условиях или только о температуре, хищнике, загрязнении и другом отдельном факторе?

Влияние живых организмов не бывает абиотическим. Иногда к неживым факторам ошибочно относят хищничество или конкуренцию, потому что они действуют через ресурсы среды. Если источник воздействия — другой организм или его деятельность, фактор биотический.

Большее значение фактора не всегда лучше. Так считают, если забывают о верхнем пределе и рассматривают только пользу увеличения света, воды или температуры. Сопоставляйте значение фактора с оптимумом: избыток может быть так же вреден, как недостаток.

Приспособленность не обеспечивает выживание в любых условиях. Ошибка появляется при представлении об адаптации как о постоянном преимуществе. Уточните, к какой среде относится признак и что произойдёт, если её условия изменятся.

Связь с другими темами

Знания о клетке и обмене веществ помогают понять, как факторы среды изменяют работу ферментов, фотосинтез, дыхание и рост. Представления об экосистемах и пищевых связях объясняют распределение организмов, динамику популяций и последствия деятельности человека. Эти понятия нужны при изучении адаптаций, естественного отбора и охраны окружающей среды.

Что запомнить

• Организм постоянно взаимодействует со средой обитания.
• Экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
• Для каждого фактора существуют благоприятные значения и пределы выносливости.
• Один фактор может ограничивать жизнедеятельность, даже если остальные условия благоприятны.
• Приспособленность организма относительна и связана с конкретными условиями среды.