§ 13. Влияние экологических факторов среды на организмы

Определения и обозначения

Экологический фактор — любое условие или компонент среды, воздействующий на организм. Факторы бывают абиотическими, то есть связанными с неживой природой, биотическими — связанными с другими организмами, и антропогенными — возникающими из-за деятельности человека. Это понятие помогает описывать, какие именно стороны среды меняют жизнь вида.

Зона оптимума — диапазон значений фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. В этой зоне обычно лучше идут рост и развитие, выше вероятность размножения и выживания. Понятие позволяет отличить просто переносимые условия от наиболее благоприятных.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, за которыми существование организма невозможно. Между этими границами организм способен жить, хотя далеко не всегда одинаково успешно. Пределы нужны, чтобы определить, при каких изменениях среды вид перестаёт существовать.

Экологическая валентность — способность организма переносить изменения конкретного фактора в определённом диапазоне. Чем шире диапазон, тем больше вариантов условий организм может выдержать. Это понятие используют для сравнения устойчивости разных видов к одному фактору.

Как это устроено

Абиотические факторы действуют через физические и химические свойства среды: температуру, свет, влажность, состав почвы или солёность воды. Биотические факторы связаны с влиянием живых существ: конкуренцией за пищу, поеданием добычи, паразитированием или взаимовыгодным сотрудничеством. Антропогенные факторы возникают вследствие деятельности человека, например при загрязнении водоёма, распашке земли или создании заповедника. Такое деление показывает источник воздействия, хотя в природе факторы обычно действуют одновременно.

Один и тот же фактор полезен не при любой интенсивности. При слишком низком значении организму может не хватать тепла или воды, а при чрезмерно высоком нарушаются процессы жизнедеятельности; между крайностями располагается зона оптимума. По мере удаления от неё состояние организма обычно ухудшается, а около минимальной и максимальной границ он ещё может выживать, но уже испытывает сильное неблагоприятное воздействие. За пределами выносливости существование невозможно.

Закон толерантности связывает условия среды с распространением вида: его ограничивает фактор, значение которого ближе всего к пределу выносливости. Например, рыбы могут иметь достаточно пищи и подходящую температуру, но при нехватке растворённого кислорода их численность всё равно будет снижаться. Причина в том, что благоприятность других условий не компенсирует критическое значение отдельного фактора. Ограничивающим бывает как недостаток, так и избыток.

Организмы различаются шириной экологической валентности. Эврибионты выдерживают широкий диапазон значений фактора, поэтому могут обитать в разнообразных условиях; стенобионты приспособлены к более узкому диапазону и сильнее зависят от его постоянства. Это не означает, что эврибионт одинаково хорошо живёт везде: у него тоже есть оптимум и границы. Различие состоит именно в ширине переносимого диапазона.

Оптимум и пределы выносливости видоспецифичны: температура, подходящая одному виду, может быть неблагоприятной для другого. На действие фактора влияет и сочетание условий: например, переносимость жары может изменяться при недостатке воды. Поэтому оценивать среду по одному фактору недостаточно — важно учитывать остальные условия и особенности конкретного организма.

Экологические факторы и особенности их действия

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите источник воздействия: неживая природа, другие организмы или деятельность человека. Затем оцените, какой процесс организма меняется и не приближается ли значение фактора к пределу выносливости. Последняя строка описывает не отдельный источник, а роль фактора в конкретной ситуации.

Разбор задач

Температура и рост растения

Условие: для растения указаны минимальная, оптимальная и максимальная температура роста. Нужно определить, при каких значениях рост наиболее успешен, а при каких существование невозможно. Числовых данных нет, поэтому решение строится на значении каждого обозначения. Не следует принимать весь допустимый диапазон за одинаково благоприятный.

1. Найдите оптимальную температуру: именно в этой области жизнедеятельность и рост наиболее успешны.
2. Рассмотрите минимальную и максимальную температуры как границы переносимого диапазона. Вблизи этих границ рост может быть слабым, но организм ещё способен существовать.
3. Определите значения за границами: ниже минимума или выше максимума условия выходят за пределы выносливости растения.

Ответ: наиболее успешен рост при оптимальной температуре. Существование невозможно при значениях ниже минимального или выше максимального предела; точные числа можно назвать только по условию задачи.

Снижение кислорода в водоёме

Условие: концентрация кислорода в водоёме снизилась, тогда как температура и освещённость остались благоприятными. Нужно объяснить, какой фактор может ограничивать численность рыб. Важно не усреднять состояние среды по нескольким условиям, а проверить каждый необходимый фактор отдельно. Кислород нужен рыбам для дыхания и получения энергии.

1. Отметьте фактор, изменившийся неблагоприятно: это содержание растворённого кислорода, а не температура или освещённость.
2. Сопоставьте его значение с потребностями рыб и пределами их выносливости. Если кислорода становится слишком мало, жизнедеятельность рыб ухудшается.
3. Примените закон толерантности: близкий к пределу фактор ограничивает существование и численность вида даже при благоприятных остальных условиях.

Ответ: ограничивающим может быть низкая концентрация растворённого кислорода. Для точного вывода о степени воздействия нужны данные о концентрации и устойчивости конкретного вида рыб.

Виды с разной переносимостью солёности

Условие: первый вид переносит широкий диапазон солёности, а второй живёт только при почти постоянной солёности. Нужно определить, у какого вида экологическая валентность больше и кто сильнее пострадает при изменении условий. Сравнивать следует один и тот же фактор — солёность. Ширина допустимого диапазона показывает, насколько вид устойчив к её колебаниям.

1. Сопоставьте диапазоны: у первого вида он широкий, у второго — узкий.
2. Назовите первый вид более экологически валентным по отношению к солёности. В экологической терминологии широкий диапазон характерен для эврибионта, узкий — для стенобионта.
3. Предположите последствия изменения среды: узкоспециализированный по солёности вид скорее приблизится к пределу выносливости и сильнее пострадает.

Ответ: большую экологическую валентность имеет первый вид; сильнее при изменении солёности, вероятно, пострадает второй. Это сравнение относится именно к солёности, а не к устойчивости видов ко всем факторам среды.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что любое увеличение фактора улучшает условия. Её допускают, если замечают пользу фактора, но не учитывают, что чрезмерная интенсивность тоже вредна. Проверьте себя: спросите, есть ли у фактора оптимум и может ли значение оказаться выше максимального предела.

Ошибка: путать оптимум с пределами выносливости. Оптимум означает наиболее успешную жизнедеятельность, а пределы обозначают границы возможного существования; смешение возникает из-за того, что все эти значения связаны с одним диапазоном. Для проверки расположите их по смыслу: оптимум внутри диапазона, пределы по его краям.

Ошибка: полагать, что один фактор одинаково действует на все виды. Такое представление кажется удобным, но виды имеют разные потребности и приспособления. Проверьте себя, уточнив, о каком организме идёт речь и каковы его собственные оптимум и пределы.

Ошибка: считать ограничивающим только недостаток фактора. Часто вспоминают нехватку воды или кислорода, но чрезмерное значение — например, высокая температура или солёность — также может приблизить организм к пределу. Чтобы проверить вывод, рассмотрите обе стороны диапазона: ниже минимума и выше максимума.

Связь с другими темами

Понимание экологических факторов опирается на представление о том, что организмы обитают в среде и обмениваются с ней веществом и энергией. Различия в переносимости условий связаны с адаптациями и помогают объяснить, почему виды встречаются в одних местообитаниях, но отсутствуют в других. Эти закономерности пригодятся при изучении экосистем и экологических ниш: ниша включает условия существования и роль вида. Они также позволяют оценивать последствия человеческого воздействия на природу.

Что запомнить

• Экологические факторы бывают абиотическими, биотическими и антропогенными.
• Для каждого вида характерны свои оптимум и пределы выносливости.
• Наиболее благоприятное действие фактора проявляется в зоне оптимума.
• Выход за пределы выносливости делает существование организма невозможным.
• Согласно закону толерантности, вид ограничивает фактор, наиболее близкий к пределу выносливости.
• Эврибионты переносят широкий диапазон значений фактора, стенобионты — узкий.