"Биология. Учебное пособие для учреждений общего среднего образования с русским языком обучения", Под редакцией С. С. Маглыш, А.Е. Каревский
Экологические факторы — условия среды, от которых зависят рост, размножение и выживание организмов. Каждый фактор действует с определённой интенсивностью: его недостаток и избыток могут угнетать жизнедеятельность, а наиболее благоприятное значение образует зону оптимума. Диапазон, в котором вид способен существовать, связан с его выносливостью. Понимание этих закономерностей помогает объяснять распространение видов и находить условия, ограничивающие их развитие.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Экологический фактор — любое условие среды, влияющее на организм. Факторы делят на абиотические, связанные с неживой природой, например температуру и освещённость; биотические — влияние других организмов; антропогенные — воздействия деятельности человека. Такая классификация помогает определить, откуда возникает влияние на живой организм и какие условия нужно учитывать.
Оптимум — наиболее благоприятное значение фактора, при котором жизнедеятельность организма протекает лучше всего. Например, при подходящей температуре организм может активнее расти и размножаться. Понятие оптимума позволяет сравнить разные условия и понять, при каком значении фактора организм чувствует себя лучше.
Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, за которыми существование организма становится невозможным. Внутри этих границ организм способен жить, хотя не при каждом значении одинаково хорошо. Знание пределов помогает отличить неблагоприятные условия от таких, в которых вид уже не может существовать.
Экологическая валентность — способность вида существовать в определённом диапазоне значений фактора. Чем шире этот диапазон, тем больше различающихся условий способен переносить вид; чем он уже, тем сильнее вид зависит от подходящей среды. Поэтому экологическая валентность связана с выносливостью и возможностью вида обитать в разных условиях.
Действие фактора зависит от его интенсивности, потому что организму нужны условия в определённом диапазоне. При недостатке фактора жизненные процессы могут замедляться: например, нехватка света снижает возможности растения для фотосинтеза. При избытке тот же фактор тоже нарушает нормальную работу организма. Между неблагоприятными крайностями располагается зона оптимума, где условия наиболее подходят виду.
По мере отклонения от оптимума жизнедеятельность ослабевает, поскольку организм вынужден затрачивать больше ресурсов на поддержание своих функций. Участки между оптимумом и крайними допустимыми значениями называют зонами угнетения. Если фактор достигает минимального или максимального предела выносливости, организм оказывается у критической границы. За этими пределами нормальное существование невозможно: организм погибает или не может поддерживать жизненные процессы.
Закон толерантности Шелфорда описывает действие и недостатка, и избытка фактора. Необходимость фактора не означает, что чем больше его, тем лучше: избыток способен нарушать работу организма не меньше, чем нехватка. Например, растениям нужна вода, но переувлажнённая почва может ухудшить условия для корней. Поэтому при оценке среды учитывают весь диапазон значений, а не только наличие фактора.
Экологическая валентность у видов неодинакова, поскольку у них различаются особенности строения, обмена веществ и приспособления. Вид с широкой переносимостью фактора может существовать при более разнообразных условиях, а вид с узкой переносимостью зависит от небольшого диапазона. Это влияет на распространение: если подходящие условия встречаются редко, то и возможности обитания вида могут быть ограничены. При этом ширина переносимого диапазона определяется отдельно для каждого фактора.
В природе факторы действуют не поодиночке, а совместно: на организм одновременно влияют, например, температура, влажность и доступность пищи. Достаток одного условия не всегда компенсирует нехватку другого, потому что у каждого фактора есть собственное действие. Если значение одного из них приближается к критическому, именно он может сильнее всего ограничить рост или размножение. Такой фактор называют ограничивающим; его определяют с учётом конкретных условий.
| Зона | Положение относительно оптимума | Состояние организма |
|---|---|---|
| Зона оптимума | Вблизи наиболее благоприятного значения | Жизнедеятельность протекает наиболее успешно |
| Зоны угнетения | По обе стороны от оптимума, но внутри пределов выносливости | Жизнедеятельность ослабевает |
| Пределы выносливости | Крайние минимальное и максимальное значения | Организм достигает критической границы существования |
| Область за пределами выносливости | За минимальным или максимальным пределом | Существование организма невозможно |
Сначала найдите на таблице оптимум, затем сравните с ним значение фактора и определите, в какой зоне оно находится. Чем дальше значение от оптимума, тем выше вероятность угнетения жизнедеятельности. За пределами выносливости организм существовать не может.
Задача 1. Для вида рыбы наиболее благоприятна температура воды 20 °C, а пределы выносливости составляют 5–30 °C. Требуется определить оптимум и крайние допустимые значения температуры. Не перепутайте наиболее благоприятное значение с границами существования.
Найдите значение, при котором жизнедеятельность лучше всего: в условии это 20 °C. Именно оно соответствует оптимуму. Проверьте, что задача называет эту температуру наиболее благоприятной.
Выделите крайние значения указанного диапазона: нижнее равно 5 °C, верхнее — 30 °C. Они показывают границы, внутри которых рыба способна существовать. Это не значения оптимума.
Ответ: оптимум — 20 °C, пределы выносливости — от 5 до 30 °C. При температурах за этими пределами существование рыбы невозможно. Внутри диапазона условия могут быть как благоприятными, так и угнетающими.
Задача 2. Растение нормально растёт при умеренной влажности, угнетается при сильной засухе и при переувлажнении. Нужно объяснить, почему оба отклонения неблагоприятны. Сопоставьте каждый случай с действием фактора относительно подходящего диапазона.
При засухе воды становится недостаточно для процессов, необходимых растению. Поэтому жизнедеятельность ослабевает из-за недостатка фактора. Условие отклоняется от подходящего значения в сторону минимума.
При переувлажнении воды, напротив, слишком много, и условия для нормальной жизнедеятельности также нарушаются. Это отклонение в сторону избытка фактора. Закон толерантности объясняет оба результата: организм угнетают крайние значения с обеих сторон оптимума.
Ответ: засуха вредна из-за недостатка влаги, а переувлажнение — из-за её избытка. Оба отклонения от оптимума снижают жизнедеятельность растения. Поэтому важен не максимум воды, а подходящий диапазон влажности.
Задача 3. Растениям обеспечили достаточно света и минеральных веществ, но почва оставалась сухой. После дополнительного освещения рост почти не увеличился. Определите ограничивающий фактор и объясните, почему усиление освещения не помогло.
Сравните доступность перечисленных условий: света и минеральных веществ достаточно, а почва сухая. Значит, недостаточным остаётся водный режим. Он может мешать росту даже при улучшении других условий.
Учитывайте совместное действие факторов: увеличение освещённости не устраняет нехватку влаги. Если сухость почвы приближает растение к критическому состоянию, именно она ограничивает развитие. Поэтому после дополнительного освещения заметного улучшения не произошло.
Ответ: ограничивающий фактор — недостаток воды в почве. Дополнительный свет не компенсировал сухость, поскольку факторы влияют на растение совместно, но каждый сохраняет собственное действие. Чтобы рост усилился, необходимо устранить нехватку влаги.
Ошибка: считать оптимум одинаковым для всех видов. Так думают, если принимают собственный опыт или условия одного организма за общую норму. Но виды по-разному приспособлены к среде, поэтому их оптимальные значения не обязаны совпадать. Проверьте себя: уточните, для какого именно вида указан оптимум.
Ошибка: учитывать только недостаток фактора. Её допускают, потому что необходимость воды, света или тепла кажется доказательством пользы любого их количества. Однако избыток тоже может угнетать организм или сделать существование невозможным. Для проверки рассмотрите оба края диапазона — минимум и максимум.
Ошибка: путать пределы выносливости с зоной оптимума. Крайние значения легко принять за подходящие, если не различать границы существования и лучшие условия. Пределы показывают, где организм ещё может существовать, а оптимум — где ему наиболее благоприятно. Проверьте формулировку: если названы минимум и максимум, это не описание оптимума.
Ошибка: считать, что достаток одного фактора отменяет влияние остальных. Такое предположение возникает, когда внимание сосредоточено на одном условии, например на свете. Но нехватка воды или другого фактора способна ограничить развитие и при хорошей освещённости. Проверьте себя, оценив все условия задачи и найдя среди них самое неблагоприятное.
Для понимания этой темы нужно знать, что организм взаимодействует со средой и испытывает влияние абиотических, биотических и антропогенных факторов. Эти закономерности помогают объяснять приспособленность организмов и то, почему виды обитают в разных местах и занимают разные экологические ниши. Представление об ограничивающих факторах позволяет рассуждать о продуктивности экосистем: нехватка одного условия может сдерживать развитие организмов. Оно также помогает обосновывать меры охраны природы, направленные на сохранение подходящих условий обитания.
Почему у одного и того же фактора есть и минимальное, и максимальное критическое значение?
Организму требуется определённый диапазон условий: ниже минимума фактора не хватает для нормальной жизнедеятельности, а выше максимума его избыток становится вредным. Между этими критическими значениями организм может существовать.
Чем зона оптимума отличается от пределов выносливости?
Зона оптимума — это область наиболее благоприятных значений фактора, при которых организм жизнедеятелен лучше всего. Пределы выносливости обозначают крайние значения, за которыми существование организма невозможно.
Может ли избыток необходимого организму фактора быть вредным?
Да. Например, чрезмерное увлажнение может повредить растение так же, как засуха, хотя вода ему необходима. Значение имеет не только наличие фактора, но и его интенсивность.
Почему оптимальные условия для разных видов не совпадают?
Виды отличаются строением, физиологией и приспособлениями к среде. Поэтому одно и то же значение фактора может быть благоприятным для одного вида и неблагоприятным для другого.
Что называют ограничивающим фактором?
Это фактор, значение которого сильнее всего препятствует жизнедеятельности или развитию организма в данных условиях. Даже при достатке других ресурсов он может сдерживать рост или размножение.
§ 3. Закономерности действия факторов среды на организм
