§ 51. Общие законы действия факторов среды на организмы

Определения и обозначения

Экологический фактор — условие или элемент среды, воздействующий на организм. Факторы делят на абиотические, связанные с неживой природой, например температуру и свет; биотические — влияние других организмов; антропогенные — последствия деятельности человека. Это понятие помогает назвать конкретные условия, от которых зависит жизнь организма.

Зона оптимума — диапазон значений фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. Это не обязательно одно точное значение: небольшие изменения внутри зоны обычно не мешают развитию. Понятие позволяет определить, какие условия наиболее благоприятны для вида.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, за которыми существование организма невозможно. Между этими границами организм может жить, хотя у крайних значений его состояние ухудшается. Пределы показывают, какой диапазон условий вид способен переносить.

Лимитирующий фактор — фактор, значение которого наиболее неблагоприятно и ограничивает жизнедеятельность организма. Им может стать как нехватка необходимого условия, так и его чрезмерное количество. Это понятие помогает понять, почему организм не развивается успешно даже при благоприятных остальных условиях.

Как это устроено

Действие фактора зависит от его интенсивности, потому что организм способен нормально работать лишь в определённом диапазоне условий. При отклонении от наиболее благоприятного значения нарушаются процессы жизнедеятельности, поэтому рост или активность ослабевают. Если фактор становится слишком слабым или сильным и выходит за пределы выносливости, необходимые процессы уже не поддерживаются, и существование организма становится невозможным.

На графике по горизонтали откладывают интенсивность фактора, а по вертикали — успешность жизнедеятельности. В средней части кривой находится зона оптимума, где организм развивается наиболее успешно. По обе стороны от неё располагаются зоны пессимума: у границ переносимого диапазона жизнедеятельность угнетается, а за пределами выносливости она прекращается.

Ширина переносимого диапазона у видов различается, потому что организмы по-разному приспособлены к изменениям среды. Вид с широкими пределами выносливости может существовать при разнообразных значениях фактора и встречаться в разных условиях. Виду с узким диапазоном подходят лишь определённые места, где фактор остаётся в допустимых границах.

Даже если большинство условий благоприятно, один неблагоприятный фактор способен ограничить жизнь организма. Например, достаток пищи и света не устранит нехватку кислорода у рыбы, если без него она не может нормально дышать. Такой фактор называют лимитирующим; его действие может быть связано не только с недостатком, но и с избытком.

В природе факторы действуют одновременно, поэтому нельзя всегда оценивать влияние каждого из них отдельно. Например, температура может менять потребность организма в воде, а доступность пищи — влиять на его способность переносить другие условия. Благоприятные значения одних факторов иногда смягчают действие другого, но такая компенсация ограничена и не отменяет пределов выносливости.

Действие экологического фактора на организм

Сначала определите, где находится значение фактора относительно оптимума и пределов выносливости. Затем сопоставьте эту область с состоянием организма и оцените, возможно ли выживание. Минимальный и максимальный пределы относятся к границам допустимого диапазона, а не к наиболее благоприятным значениям.

Разбор задач

Растения одного вида выращивают при трёх значениях температуры: близком к оптимальному, близком к верхнему пределу выносливости и выше этого предела. Нужно определить, где рост будет наиболее успешным и где прекратится. Сравним каждую температуру не с условиями других видов, а с диапазоном выносливости именно этих растений.

1. Температура, близкая к оптимальной, соответствует наиболее благоприятной области.
2. У верхнего предела растение ещё может существовать, но жизнедеятельность угнетается.
3. Выше максимального предела условия выходят за допустимый диапазон.

Наиболее успешный рост будет при температуре, близкой к оптимальной. Вблизи верхней границы он будет слабее, а выше максимального предела рост прекратится. Значит, важны не просто высокая или низкая температура, а её положение относительно пределов конкретного вида.

В водоёме достаточно света и пищи, но содержание кислорода ниже необходимого для рыбы. Следует определить, какое условие ограничивает её жизнедеятельность. Для этого нужно сравнить влияние факторов: достаток пищи и света не исключает неблагоприятного воздействия кислородного режима.

1. Перечислим условия: свет и пища доступны, кислорода недостаточно.
2. Определим, какое значение фактора мешает нормальным жизненным процессам.
3. Сопоставим найденное условие с понятием лимитирующего фактора.

Лимитирующим фактором является низкое содержание кислорода. Оно ограничивает жизнедеятельность рыбы, хотя света и пищи достаточно. Благоприятные условия по другим факторам не могут полностью устранить нехватку кислорода.

Первый вид переносит широкий диапазон солёности воды, а второй — только узкий. Нужно сравнить пределы выносливости видов и предположить, в каких условиях они могут обитать. Ширину диапазона рассматриваем именно применительно к солёности, не делая выводов о переносимости других факторов.

1. У первого вида расстояние между минимальным и максимальным пределами по солёности больше.
2. У второго вида эти пределы ближе друг к другу, поэтому допустимых условий меньше.
3. Сопоставим ширину диапазона с разнообразием мест, где сохраняется подходящая солёность.

Первый вид способен жить в водоёмах с более разнообразной солёностью, если её значения остаются в пределах выносливости. Второй вероятнее встретится в местах с узким диапазоном подходящих условий. По одной лишь солёности нельзя точно назвать конкретный водоём, но можно сравнить потенциальную ширину распространения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что оптимальное значение фактора одинаково для всех видов. Так думают, когда переносят известные условия одного организма на остальные. Оптимум зависит от особенностей вида, поэтому проверяйте, для какого организма задано условие.

Зону оптимума иногда путают с пределами выносливости, потому что обе характеристики описывают диапазон значений фактора. Но оптимум — область наилучшего состояния, а пределы — крайние границы возможного существования. Для проверки спросите себя: речь идёт о лучших условиях или о том, где организм ещё способен жить?

Лимитирующим считают только фактор, которого совсем не хватает. Такая ошибка возникает из-за того, что нехватку легко заметить, тогда как чрезмерное значение тоже может вредить. Проверьте, не превышен ли максимальный предел: избыток фактора также способен ограничивать организм.

Предположение, что благоприятные остальные условия всегда компенсируют лимитирующий фактор, неверно. Его допускают, представляя факторы как взаимозаменяемые, хотя компенсация имеет границы. Проверьте, остаётся ли ограничивающее значение внутри диапазона выносливости: если оно вышло за пределы, улучшение других условий не сделает существование возможным.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что организмы взаимодействуют со средой и зависят от её условий. Понятия оптимума и выносливости помогают объяснить приспособленность организмов к среде обитания: виды могут переносить разные диапазоны факторов. Эти закономерности пригодятся при изучении распространения видов, потому что наличие подходящих условий влияет на то, где организм может жить. При этом для объяснения его присутствия нужно учитывать не один фактор, а их совместное действие.

Что запомнить

• Каждый экологический фактор действует в определённом диапазоне значений.
• Наиболее благоприятное состояние организма наблюдается в зоне оптимума.
• За пределами выносливости существование организма невозможно.
• Вблизи пределов выносливости жизнедеятельность угнетается.
• Лимитирующим может быть как недостаток, так и избыток фактора.
• Виды различаются диапазонами переносимых значений факторов.