§ 20. Факторы среды и приспособления к ним

Определения и обозначения

Фактор среды — любое условие или воздействие среды, влияющее на организм. Это может быть температура, количество пищи или присутствие другого вида. Понятие помогает выяснить, какие именно особенности окружающей среды меняют рост, поведение, выживание или размножение организма.

Абиотический фактор — воздействие неживой природы, например температура, свет или влажность. К этой группе также относят воду, ветер и состав почвы. Когда нужно объяснить состояние организма, понятие помогает отделить влияние физических и химических условий от влияния других живых существ.

Биотический фактор — влияние живых организмов друг на друга. К нему относятся хищничество, паразитизм, конкуренция и взаимовыгодное сотрудничество. Это понятие позволяет описывать связи между организмами, например борьбу растений за свет или охоту хищника на добычу.

Приспособление — наследственно закреплённая особенность организма, повышающая его выживание и размножение. Такой особенностью могут быть строение тела, окраска или работа органов. Определение помогает отличать признаки, полезные в определённых условиях и передающиеся потомству, от временных индивидуальных реакций.

Как это устроено

Факторы среды влияют на обмен веществ, рост, движение и размножение: например, без достатка света многие растения хуже образуют питательные вещества. Но действие определяется не только видом фактора, но и его интенсивностью. Умеренное тепло может ускорять жизненные процессы, а чрезмерный нагрев — повреждать клетки; поэтому полезный фактор при усилении способен стать вредным.

Абиотические факторы приходят из неживой природы, биотические возникают при взаимодействии живых организмов, а антропогенные связаны с деятельностью человека. Вырубка леса — антропогенное воздействие, но вслед за ней меняются освещённость, влажность и число мест обитания, а значит, проявляются также абиотические и биотические последствия. Группы различают по источнику воздействия, хотя последствия могут быть связаны между собой.

Для каждого фактора можно выделить зону недостатка, зону оптимума и зону избытка. В оптимуме условия подходят организму лучше всего, поэтому жизнедеятельность наиболее интенсивна; недостаток или избыток нарушает работу его систем. За пределами выносливости организм не может нормально жить, а самую сильную помеху его существованию называют лимитирующим фактором.

Приспособления не возникают потому, что отдельный организм сознательно меняется ради нужного результата. В популяции есть наследственная изменчивость, и некоторые варианты признаков оказываются полезнее при данных условиях. Их носители чаще выживают и оставляют потомство, поэтому за поколения такие наследственные особенности становятся распространённее благодаря естественному отбору.

Приспособление полезно не само по себе, а в конкретной среде. Например, густой мех помогает сохранять тепло на холоде, но в жарких условиях может затруднять охлаждение. Поэтому признак, который повышает успех одного вида или популяции при одних условиях, не гарантирует такого же результата в другой среде.

На графике по горизонтали показана сила фактора, а по вертикали — интенсивность жизнедеятельности. Самая высокая точка кривой соответствует оптимуму; по обе стороны от неё показатели снижаются в зонах недостатка и избытка. У крайних значений графика жизнедеятельность падает до нуля, что обозначает пределы выносливости.

Факторы среды и приспособления организмов

Чтобы определить группу, сначала выясните источник воздействия: неживая природа, живой организм или деятельность человека. Затем свяжите фактор с трудностью для организма и подходящим примером приспособления. Последние две строки напоминают, что неблагоприятная сила фактора и последствия человеческой деятельности могут затрагивать разные группы организмов и условий.

Разбор задач

1. Распределение факторов по группам

Условие. Распределите свет, хищничество, засоление почвы, вырубку леса и конкуренцию за пищу по группам факторов среды. Ориентируйтесь на источник каждого воздействия. Один из примеров связан с деятельностью человека, два — с неживой природой, ещё два — с живыми организмами.

1. Спросим, откуда возникает каждый фактор: из неживой природы, от живых существ или от человека.
2. Свет и засоление почвы относятся к абиотическим факторам, так как это условия неживой среды.
3. Хищничество и конкуренция за пищу — биотические факторы, поскольку в них участвуют живые организмы.
4. Вырубка леса вызвана деятельностью человека, поэтому это антропогенный фактор.

Ответ. Абиотические: свет и засоление почвы; биотические: хищничество и конкуренция за пищу; антропогенный: вырубка леса. Разделение проводят по источнику воздействия, а не по тому, насколько сильно оно меняет условия. Вырубка может затем изменить свет и влажность, но её исходная причина остаётся деятельностью человека.

2. Приспособления кактуса к пустыне

Условие. Объясните, какие особенности помогают кактусу жить в пустыне, и свяжите каждую с фактором среды. В засушливых местах растения испытывают недостаток воды и сильное испарение. Нужно показать не только признак, но и то, какую трудность он уменьшает.

1. Определим главную трудность: вода редко поступает, а сухой воздух и жара усиливают её потерю.
2. Мясистый стебель запасает воду, поэтому помогает пережить время между дождями.
3. Листья у многих кактусов превращены в колючки: меньшая площадь поверхности снижает потерю воды, а колючки также защищают от поедания.
4. Зелёный стебель выполняет фотосинтез, то есть образование органических веществ с использованием света, когда обычных листьев нет.

Ответ. Запасающий воду стебель связан с редкими осадками, колючки — с недостатком воды и защитой от травоядных, а фотосинтезирующий стебель позволяет получать органические вещества. В каждом случае можно проследить цепочку: фактор среды создаёт трудность, а особенность организма уменьшает её влияние. Эти признаки полезны именно в условиях, к которым приспособлен кактус.

3. Чтение графика зависимости от температуры

Условие. По графику жизнедеятельности растения от температуры найдите зону оптимума, пределы выносливости и лимитирующий фактор при слишком низкой температуре. Кривая поднимается от нуля к максимуму, а затем снова опускается. Сопоставьте точку на оси фактора с высотой кривой.

1. Найдём на кривой наибольшую интенсивность: около этой точки находится оптимум, где растение действует наиболее активно.
2. Определим крайние значения, при которых кривая достигает нуля: это нижний и верхний пределы выносливости.
3. При температуре ниже оптимальной жизнедеятельность снижена из-за недостатка тепла; если растение не может компенсировать это, именно низкая температура ограничивает его работу.

Ответ. Оптимум находится у вершины кривой, а пределы выносливости — у её пересечений с уровнем нулевой жизнедеятельности. Слишком низкая температура является лимитирующим фактором, если именно она сильнее всего мешает жизненным процессам. Численные значения нужно считывать с конкретной шкалы графика, не угадывая их по форме кривой.

Типичные ошибки

Ошибочно считать любую индивидуальную реакцию приспособлением. Например, организм может изменить поведение или состояние в течение жизни, но такое изменение не обязательно наследуется. Ошибку допускают, смешивая реакцию отдельного организма и признак популяции; проверьте себя вопросом, передаётся ли особенность потомству.

Конкуренцию иногда относят к воздействиям неживой природы, потому что она проявляется как нехватка ресурса. Однако конкурируют живые организмы, поэтому это биотический фактор. Чтобы проверить классификацию, ищите непосредственный источник воздействия: если им служит другой организм, фактор биотический.

Нельзя считать, что усиление полезного фактора всегда улучшает состояние организма. Свет, тепло или вода полезны лишь в определённом диапазоне, а избыток тоже может мешать жизнедеятельности. Ошибка возникает, если замечают только нехватку; проверьте, есть ли у фактора верхний предел выносливости и зона избытка.

Признак, полезный одному виду, не обязательно будет полезен всем организмам. Его значение зависит от условий, в которых живёт конкретный вид: защитная окраска, например, эффективна не в любой среде. Чтобы не объявлять признак универсальным, спросите, какой фактор он смягчает и при каких условиях это происходит.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания об уровнях организации живого, наследственности, изменчивости и естественном отборе: они объясняют, как наследственные варианты возникают и распространяются. Факторы среды помогают разбирать экосистемы, пищевые связи и круговорот веществ, потому что показывают, от чего зависят организмы и их взаимодействия. Эти знания также используют, чтобы объяснять распространение видов, оценивать влияние человека на биосферу и обосновывать охрану природы.

Что запомнить

• Фактор среды влияет на жизнедеятельность организма.
• Факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные.
• Для каждого фактора существуют оптимальные и неблагоприятные значения.
• Крайние значения фактора могут ограничивать распространение вида.
• Приспособления повышают выживание и размножение организмов.
• Приспособления формируются и закрепляются в ходе естественного отбора.
• Любое приспособление относительно и эффективно только в определённых условиях.