§ 36. Закономерности влияния экологических факторов на организмы

Определения и обозначения

Экологический фактор — условие или ресурс среды, воздействующий на организм. К абиотическим факторам относят температуру, свет и влажность, к биотическим — влияние других организмов, а к антропогенным — воздействие человека. Такое деление помогает определить источник влияния и понять, какие условия нужно учитывать при изучении вида.

Оптимум — значение экологического фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. Вблизи оптимума обычно лучше идут рост, развитие и размножение. Это понятие нужно, чтобы сравнивать реальные условия с наиболее благоприятными для конкретного вида.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, в которых организм способен существовать. За нижним пределом фактор становится слишком слабым или недостаточным, а за верхним — чрезмерным. Пределы показывают границы возможного обитания вида.

Экологическая валентность — диапазон значений фактора, переносимый организмом. Узкий диапазон означает небольшую устойчивость к изменениям, а широкий — способность выдерживать сильные колебания условия. Поэтому экологическая валентность помогает оценить, насколько вид требователен к среде.

Как это устроено

Результат воздействия фактора зависит от его интенсивности, потому что организм приспособлен работать только в определённом диапазоне условий. При недостатке, например при нехватке воды или кислорода, клетки получают меньше ресурсов для процессов жизнедеятельности. При избытке фактор тоже нарушает работу организма, поэтому наилучшее состояние наблюдается около оптимума.

Между оптимумом и пределами выносливости расположены зоны угнетения. В них организм ещё может сохранять жизнь, но рост, развитие, движение или размножение становятся менее успешными из-за неблагоприятного отклонения условия. За пределами выносливости нарушаются жизненно важные процессы, и существование организма невозможно.

Ширина переносимого диапазона различается у разных видов, потому что виды имеют разные наследственные приспособления и требования к среде. Узкая экологическая валентность делает организм зависимым от достаточно постоянных условий. Широкая валентность позволяет переживать колебания фактора и заселять более разнообразные места.

Один и тот же фактор может быть благоприятным для одного вида и неблагоприятным для другого, поскольку их оптимумы и пределы выносливости различаются. Например, одна рыба может предпочитать прохладную воду, а другой необходима более тёплая. Кроме того, реакция зависит от возраста, состояния здоровья, сезона и сочетания остальных условий.

Если один необходимый фактор оказывается в недостатке или избытке, он может ограничивать жизнедеятельность и распространение организма даже при благоприятности остальных условий. Такой фактор называют лимитирующим, то есть ограничивающим. Он определяет, сможет ли организм расти, размножаться и сохранять численность в конкретном месте.

Зоны воздействия экологического фактора

Таблица показывает, как соотносятся интенсивность фактора и состояние организма. Двигаясь от оптимума к любому пределу, нужно ожидать усиления угнетения. Если значение оказалось за пределами выносливости, организм уже не может существовать.

Разбор задач

Задача 1. Температура воды в аквариуме изменилась с 20 °C до 22 °C. Нужно определить, улучшились ли условия для рыб, но сведений об их виде и оптимальной температуре нет. Поэтому одного сравнения чисел недостаточно.

1. Установим, что температура — экологический фактор, а 20 °C и 22 °C — его разные значения.
2. Сравним оба значения с оптимумом именно обитающего вида, а не с условным «подходящим» показателем.
3. Если 22 °C ближе к оптимуму, условия улучшились; если дальше от него, они ухудшились.

Ответ: однозначный вывод сделать нельзя. Результат зависит от вида рыб и его оптимума. Для одного вида повышение температуры будет полезным, а для другого — неблагоприятным.

Задача 2. Для растения установлены пределы выносливости к засолённости почвы. Требуется узнать, сможет ли оно существовать при значении ниже нижнего предела. Здесь нужно отличить границу допустимого диапазона от зоны угнетения внутри этого диапазона.

1. Найдём положение указанного значения относительно нижнего предела.
2. Если оно ниже предела, растение оказывается за пределами выносливости, а не просто в неблагоприятной зоне.
3. Сопоставим это с определением: за пределами организм не способен поддерживать нормальную жизнедеятельность.

Ответ: растение существовать не сможет. Значение ниже нижнего предела находится за допустимым диапазоном фактора. Зоны угнетения располагаются только между пределами выносливости.

Задача 3. В водоёме достаточно света и пищи, но содержание кислорода стало ниже потребности вида. Нужно определить, что ограничит численность и распространение организма. Для этого оценивают не большинство факторов, а каждый необходимый фактор отдельно.

1. Выделим кислород как условие, необходимое для жизнедеятельности данного вида.
2. Сравним его содержание с потребностью организма и увидим, что значение неблагоприятно.
3. Назовём такой фактор лимитирующим, поскольку именно он препятствует нормальной жизни при благоприятных свете и питании.

Ответ: лимитирующим фактором станет недостаток кислорода. Он может уменьшить выживаемость и размножение особей. Поэтому численность и распространение вида будут ограничены, несмотря на достаток света и пищи.

Типичные ошибки

Ошибка: считать оптимум универсальным. Её допускают, когда принимают одно удобное значение за подходящее всем организмам. Проверьте себя: всегда уточняйте вид и сравнивайте фактор с его собственным оптимумом.

Ошибка: путать пределы выносливости с оптимумом. Предел показывает возможность выживания, а не наилучшее состояние, поэтому у границы организм обычно угнетён. Для проверки спросите себя, идёт ли речь о максимальной жизнедеятельности или лишь о сохранении жизни.

Ошибка: считать широкую валентность предпочтением крайних условий. Широкий диапазон означает способность переносить разные значения, а не любовь к каждому из них. Проверьте, где расположен оптимум: он может находиться ближе к середине диапазона.

Ошибка: полагать, что лимитирующего фактора нет при благоприятности большинства условий. Один недостаточный или избыточный необходимый фактор уже способен ограничить организм. Проверьте каждый фактор отдельно и найдите значение, наиболее удалённое от потребностей вида.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно различать среду обитания, условия среды и ресурсы, а также знать основные группы экологических факторов. Это позволяет правильно определить, что именно воздействует на организм и откуда оно поступает.

Связь с приспособленностью и естественным отбором проявляется в том, что переносимость условий влияет на выживание и распространение видов. Организмы с полезными приспособлениями чаще сохраняются в подходящей среде и оставляют потомство.

Дальше эти знания пригодятся при изучении экосистем, распределения видов и влияния хозяйственной деятельности человека. С их помощью можно объяснять, почему изменение температуры, загрязнение или освоение территории меняют состав сообществ.

Что запомнить

• Действие фактора зависит от его интенсивности и особенностей организма.
• Наиболее благоприятное значение фактора называют оптимумом.
• Существование организма возможно только в пределах его выносливости.
• У пределов выносливости жизнедеятельность обычно угнетается.
• Экологическая валентность показывает ширину переносимого диапазона фактора.
• Один лимитирующий фактор может ограничить организм даже при благоприятности остальных условий.