§37. Абиотические факторы среды и приспособленность к ним живых организмов

Определения и обозначения

Абиотические факторы — компоненты и свойства неживой природы, влияющие на организмы. К ним относятся свет, температура, вода и свойства почвы, например её влажность и состав. Это понятие помогает отделять условия физической среды от влияния других организмов. При этом фактор не обязательно вреден: свет и вода необходимы для жизни.

Экологический оптимум — диапазон значений фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. Например, при подходящей температуре организм может активнее расти и размножаться. Оптимум показывает, какие условия для вида наиболее благоприятны. У разных видов он различается.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, при которых организм ещё способен существовать. Между этими границами условия могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными. За пределами выносливости жизнедеятельность невозможна. Эти границы помогают понять, где вид способен обитать.

Лимитирующий фактор — фактор, значение которого наиболее отклоняется от оптимального и поэтому ограничивает жизнедеятельность или распространение организма. Даже при подходящих остальных условиях он может стать главным препятствием для роста или размножения. Понятие помогает определить, какое изменение среды сильнее всего повлияет на организм. Лимитирующим фактором может быть, например, недостаток воды.

Как это устроено

В природе организмы сталкиваются сразу с несколькими условиями: светом, температурой, влажностью и другими факторами. Поэтому среду нельзя описать только одним показателем. Кроме того, факторы взаимодействуют: например, при высокой температуре вода быстрее испаряется, и её недостаток сильнее сказывается на растении. В результате действие одного условия может усиливаться или ослабляться другими.

Каждый вид сформировался в определённых условиях, поэтому его потребности и устойчивость не совпадают с потребностями других видов. Одному растению для роста нужно много света, а другое способно развиваться в тени. Аналогично, виды различаются по подходящим температурам и количеству влаги. Это объясняет, почему одинаковое значение фактора для одного организма благоприятно, а для другого — нет.

Когда значение фактора отходит от оптимума, организму приходится тратить больше ресурсов на поддержание жизнедеятельности, поэтому рост или размножение могут ухудшаться. Если значение достигает границы выносливости и выходит за неё, существование становится невозможным. При этом важнее всего часто оказывается не общее число неблагоприятных условий, а один фактор, который сильнее остальных ограничивает организм. Его называют лимитирующим, потому что он сдерживает жизнедеятельность или распространение вида.

Организмы могут быть приспособлены к среде особенностями строения, физиологии и поведения. Например, плотные покровы уменьшают потерю воды, а уход в укрытие помогает пережить жару. Сезонная активность позволяет некоторым животным избегать периода, когда условия особенно неблагоприятны. Такие особенности повышают шансы организма выжить и оставить потомство в конкретной среде.

Приспособленность формируется в ходе эволюции популяций: полезные в определённых условиях наследуемые особенности чаще сохраняются у потомков. Отдельная особь не создаёт нужный признак намеренно в ответ на нехватку воды или холод. Приспособление даёт преимущество в конкретной обстановке, но может быть бесполезным или даже невыгодным в другой. Поэтому нельзя считать организм одинаково устойчивым ко всем условиям.

Абиотические факторы и приспособления организмов

Таблица помогает связать условие среды с его влиянием и возможным ответом организма. При разборе примера сначала назовите фактор, затем объясните, что он меняет в жизнедеятельности. После этого проверьте, действительно ли указанное приспособление помогает в этих условиях.

Разбор задач

Задача 1. Растение растёт на хорошо освещённом участке. Определите, какой абиотический фактор рассматривается, и приведите один пример его влияния на растение. Нужно назвать именно условие неживой природы, а не особенность участка или самого растения. Затем свяжите его с жизненным процессом.

1. В условии прямо указано хорошее освещение, значит, рассматривается свет.
2. Свет — абиотический фактор, потому что это условие неживой природы.
3. Растения используют свет как источник энергии для фотосинтеза, поэтому освещённость может влиять на образование органических веществ и рост.

Ответ: фактор — свет; он необходим для фотосинтеза и влияет на рост растения. В этой задаче не требуется утверждать, что чем больше света, тем лучше: у разных видов оптимальная освещённость различается.

Задача 2. У вида диапазон переносимых температур составляет от 5 до 35 °C, а наиболее успешно он развивается при 20 °C. Укажите пределы выносливости и экологический оптимум. Сначала отделите крайние значения диапазона от наиболее благоприятного значения. Затем запишите каждую характеристику отдельно.

1. Температуры 5 °C и 35 °C обозначают границы, при которых существование ещё возможно.
2. Эти значения являются нижним и верхним пределами выносливости.
3. Указанные 20 °C — температура наиболее успешного развития, то есть экологический оптимум в условии задачи.

Ответ: пределы выносливости — от 5 до 35 °C; оптимум — 20 °C. Не следует называть весь переносимый диапазон оптимумом: в нём организму не обязательно одинаково хорошо.

Задача 3. В засушливой местности растение имеет мелкие листья и развитую корневую систему. Объясните, с каким абиотическим фактором связаны эти признаки и как они помогают растению. Сначала найдите условие, характерное для засушливой местности. Затем сопоставьте с ним каждый признак и объясните его пользу.

1. Главное условие в задаче — недостаток воды, то есть фактор воды и влажности.
2. Мелкие листья имеют меньшую поверхность, через которую растение теряет воду.
3. Развитая корневая система помогает получать воду из почвы на большей площади или глубине.

Ответ: признаки связаны с недостатком воды; мелкие листья уменьшают её потерю, а развитые корни помогают добывать воду. Это примеры приспособлений к засушливым условиям, а не гарантия выживания при любом недостатке влаги.

Типичные ошибки

Ошибка — считать абиотическими факторами только неблагоприятные воздействия. Так думают, потому что слово «фактор» часто связывают с угрозой, но к абиотическим условиям относятся и необходимые для жизни свет, вода и подходящая температура. Проверьте себя: если условие относится к неживой природе и влияет на организм, оно может быть абиотическим независимо от того, полезно оно или вредно. Важны его значение и соответствие потребностям вида.

Ошибка — полагать, что оптимум одинаков для всех видов. Такое представление возникает, если принимать собственный опыт или привычные человеку условия за универсальную норму. На деле виды различаются по потребностям, поэтому одинаковая освещённость или температура может быть благоприятной для одного и неподходящей для другого. Проверка простая: всегда уточняйте, о каком именно организме идёт речь.

Ошибка — путать оптимум с пределами выносливости. Можно решить, что весь диапазон возможного существования одинаково благоприятен, если не различать слова «наиболее успешно» и «ещё способен существовать». Оптимум показывает лучшие условия, а пределы выносливости — крайние границы возможной жизни. Чтобы проверить себя, найдите в условии отдельно наиболее благоприятное значение и границы диапазона.

Ошибка — думать, что отдельный организм специально вырабатывает нужное приспособление, когда возникает потребность. Так кажется, потому что полезный признак действительно помогает в трудных условиях. Однако приспособленность формируется в ходе эволюции популяций, а не по сознательному решению отдельной особи. Проверяйте объяснение: оно должно связывать наследуемые особенности с выживанием и размножением в определённых условиях.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живой природы, условиях обитания и основных потребностях организмов. Они помогают увидеть, что факторы среды воздействуют на живые системы и могут влиять на их жизнедеятельность по-разному. Например, потребность в воде связана с условиями, в которых организм способен поддерживать свои процессы. Поэтому при разборе среды важно учитывать и организм, и окружающие его условия.

Понятия о факторах среды и приспособленности пригодятся при изучении экосистем, естественного отбора и эволюции. В экосистемах организмы взаимодействуют не только друг с другом, но и с неживой средой. Естественный отбор помогает объяснить, почему полезные в конкретных условиях наследуемые признаки могут распространяться в популяции. Это связывает наблюдаемые приспособления с историей изменения живых организмов.

Что запомнить

• Абиотические факторы связаны с неживой природой.
• Каждый вид имеет собственный оптимум и пределы выносливости по факторам среды.
• За пределами выносливости существование организма невозможно.
• Лимитирующий фактор может ограничивать жизнедеятельность и распространение вида.
• Приспособления помогают организмам существовать в определённых условиях.
• Приспособленность формируется в ходе эволюции и не обеспечивает устойчивость ко всем условиям.