§ 2. Общие законы зависимости организмов от факторов среды

Определения и обозначения

Экологический фактор — условие или элемент среды, который воздействует на организм. Абиотические факторы относятся к неживой природе, например температура, свет и влажность; биотические связаны с другими организмами, а антропогенные возникают из-за деятельности человека. Это понятие нужно, чтобы рассматривать влияние среды не в целом, а по отдельным причинам.

Оптимум — такое значение экологического фактора, при котором жизнедеятельность организма наиболее успешна. В этой области лучше всего идут рост, развитие и размножение. Оптимум нужен для сравнения: по нему можно определить, насколько реальные условия благоприятны для вида.

Пределы выносливости — минимальное и максимальное значения фактора, за которыми организм существовать не может. Между этими границами жизнь возможна, хотя её интенсивность бывает разной. Пределы помогают установить допустимый диапазон условий для конкретного вида.

Лимитирующий фактор — фактор, значение которого сильнее всего отклоняется от оптимума и поэтому ограничивает жизнедеятельность или распространение организма. Им может оказаться температура, вода, свет, пища или другое условие. Понятие позволяет найти главную причину угнетения организма, а не перечислять все действующие факторы.

Как это устроено

Организм одновременно зависит от целого комплекса факторов: температуры, освещённости, влажности, пищи, конкурентов и других воздействий. Каждый из них влияет через свои процессы, поэтому одинаковое изменение разных факторов не даёт одинакового результата. Например, повышение температуры может ускорить обмен веществ, а недостаток воды — одновременно его ограничить. Итоговое состояние организма складывается из совместного действия всех условий.

При изменении интенсивности фактора жизнедеятельность обычно сначала возрастает, потому что условие приближается к потребностям организма. Вблизи оптимума необходимые процессы идут наиболее согласованно, поэтому рост или активность достигают максимума. Дальнейшее усиление фактора нарушает работу клеток и органов, так как условие становится чрезмерным. Поэтому кривая зависимости обычно поднимается к оптимуму, а затем опускается к верхнему пределу.

Закон толерантности утверждает, что существование организма возможно только в определённом диапазоне значений каждого фактора. За нижним пределом фактор слишком слаб, а за верхним — чрезмерен или вреден. Около границ организм ещё может сохраняться, но его жизнедеятельность обычно снижена и размножение затруднено. Значит, сам факт выживания не всегда означает хорошие условия для вида.

Ширина диапазона выносливости у разных видов различается, потому что виды по-разному приспособлены к колебаниям среды. Кроме того, один и тот же вид может быть пластичным по температуре, но требовательным к влажности. Экологическая пластичность — способность переносить широкий диапазон значений фактора; узкая выносливость означает большую специализацию. По ширине диапазона можно оценивать устойчивость организма к изменениям конкретного условия.

Закон лимитирующего фактора показывает, что общий результат может определяться самым неблагоприятным условием. Если свет, температура и влажность почти оптимальны, но в почве резко не хватает азота, именно азот ограничит рост растения. Причина в том, что недостаток одного необходимого ресурса нельзя полностью компенсировать избытком других. При изменении обстановки отстающим от оптимума может стать уже другой фактор.

Зависимость организмов от факторов среды

Сначала найдите для фактора оптимум и оба предела, а затем сравните реальные условия с этими значениями. Ширину диапазона можно оценить как разность между максимумом и минимумом. Для поиска лимитирующего фактора сравнивают не просто значения факторов, а степень их отклонения от оптимальных условий.

Разбор задач

Задача 1

Для вида известны минимальная, оптимальная и максимальная температуры: 2 °C, 18 °C и 30 °C. Определите наиболее благоприятное значение и диапазон, в котором вид может существовать. Нужно различить точку наилучшей жизнедеятельности и границы выносливости.

1. Оптимум уже указан в условии: это 18 °C.
2. Минимум и максимум образуют диапазон возможного существования: от 2 °C до 30 °C.
3. За пределами 2 °C и 30 °C существование вида невозможно.

Ответ: наиболее благоприятна температура 18 °C; существование возможно в диапазоне от 2 °C до 30 °C.

Задача 2

Вид А живёт при солёности воды от 5 до 15‰, а вид Б — от 2 до 25‰. Определите, какой вид устойчивее к колебаниям солёности. Для этого нужно сравнить не положения границ, а ширину обоих диапазонов.

1. Диапазон вида А равен 15 − 5 = 10‰.
2. Диапазон вида Б равен 25 − 2 = 23‰.
3. У вида Б диапазон шире, поэтому он переносит более сильные изменения солёности.

Ответ: более устойчив вид Б; его экологическая пластичность по солёности выше.

Задача 3

На участке освещённость составляет 90% оптимальной, влажность — 35%, а температура — 95%. Определите лимитирующий фактор роста растения. Остальные условия близки к оптимальным, поэтому нужно найти наибольшее отклонение.

1. Отклонение освещённости от оптимума составляет 10%, температуры — 5%.
2. Влажность отклоняется от оптимума на 65%, то есть сильнее остальных факторов.
3. По закону лимитирующего фактора именно влажность будет главным ограничением роста.

Ответ: лимитирующий фактор — недостаточная влажность участка.

Типичные ошибки

Увеличение фактора всегда полезно. Так думают, потому что сначала усиление условия действительно может ускорять жизнедеятельность. Но после оптимума фактор становится чрезмерным и угнетает организм. Проверьте себя: спросите, не пройдено ли оптимальное значение.

Оптимум путают с пределом выносливости. Ошибка возникает, когда любое допустимое значение считают одинаково благоприятным. Оптимум обеспечивает максимум жизнедеятельности, а предел лишь обозначает границу возможного существования. Проверьте, является ли названное значение лучшим или только крайним.

Пределы считают одинаковыми для всех видов и факторов. Организмы отличаются приспособлениями, поэтому их диапазоны температур, влажности или солёности могут не совпадать. Даже у одного вида пределы по разным факторам различны. Проверяйте, к какому виду и фактору относятся данные.

Лимитирующим называют любой неблагоприятный фактор. Неблагоприятных условий может быть несколько, но главным считается то, которое сильнее всего удалено от оптимума. Сравните отклонения всех факторов, прежде чем делать вывод. Так можно отличить просто неблагоприятное условие от лимитирующего.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что организмы живут в среде и постоянно испытывают влияние её условий и других организмов. Эти воздействия не изолированы: температура, вода, пища и конкуренция складываются в общую картину существования. Поэтому законы выносливости помогают перейти от описания среды к объяснению состояния конкретного организма.

Знание оптимума и пределов выносливости используют при объяснении распространения видов и их приспособлений. Эти закономерности также помогают понять устойчивость экосистем при засухе, похолодании, загрязнении или других изменениях. Если меняется лимитирующий фактор, меняются численность и возможности расселения организмов.

Что запомнить

• На организм одновременно действует несколько факторов среды.
• У каждого фактора есть область значений, в которой организм может существовать.
• Наиболее благоприятное значение фактора называют оптимумом.
• За пределами выносливости существование организма невозможно.
• Диапазон выносливости зависит от вида и конкретного фактора.
• Один наиболее неблагоприятный фактор может ограничивать жизнедеятельность организма.