Организм как живая целостная система



Скачать 125,98 Kb.
страница3/4
Дата18.07.2022
Размер125,98 Kb.
#187510
1   2   3   4
Связанные:
экология
2.1.-2.3., Программа конференции 20-25.05
Антропогенные факторы — факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.).
Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические — факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).
Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические — в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).
Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические — приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.
Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.
Основные представления об адаптациях организмов.
Адаптация (лат. «приспособление») — приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функ­ции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных фак­торов — изменчивости, наследственности и естественного от­бора.
Основные адаптации организмов к факторам внешней сре­ды формировались и изменялись вместе с измен­чивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.
Первичные — это те факторы, которые существовали на Зем­ле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др. Адаптация организмов к этим факто­рам наиболее древняя и наиболее совершенная.
Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от тем­пературы; растительная пища, зависящая от цикличности в раз­витии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.
В нормальных условиях в местообитании должны действо­вать только периодические факторы, непериодические — отсут­ствовать.
Непериодические факторы обычно воздействуют ката­строфически: могут вызвать болезни или даже смерть живо­го организма. Человек использовал это в своих интересах, ис­кусственно вводя непериодические факторы: введением хи­мической отравы уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворных бак­терий, вирусов и т. п. Но оказалось, что длительное воздей­ствие этого фактора также может вызвать к нему адаптацию
Источником адаптации являются генетические изменения в организме — мутации, возникающие как под влиянием ес­тественных факторов, так и в результате искусственного влияния на организм.
На эволюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе.
Лимитирующие экологические факторы.
Лимитирующий фактор – фактор среды, ограничивающий проявления жизнедеятельности организмов при приобретении им концентрации выше или ниже оптимальной. К лимитирующим могут относиться любые факторы среды: освещение, температура, влажность, микросреда, состав почвы и др. Учение о лимитирующих факторах основано на двух основополагающих постулатах: законе Либиха (1840) и законе Шелфорда (1913). Каждый вид растений, микроорганизмов и животных существует в условиях, при которых их жизнь наиболее комфортна. Для того, чтобы представители каждой популяции могли полноценно питаться, развиваться и размножаться, необходимо соответствие каждого экологического фактора определенным значениям, которые укладываются в более или менее широком диапазоне. Для жизнеспособности организмов опасно как снижение, так и превышение оптимальных значений температуры, влажности и т.д. Выход их величин за пределы выносливости приводит к гибели организма, популяции или даже экосистемы. Каждый организм характеризуется определенным экологическим минимумом и максимумом, между которыми находится зона нормальной жизнедеятельности (или оптимума). Чем дальше тот или иной фактор отклоняется от значения оптимума, тем в большей степени заметно его негативное воздействие. За пределами критических точек (крайних значений лимитирующего фактора) существование организма невозможно.
Значение физических и химических факторов среды в жизни организмов.
Температура — важнейший из ограничивающих (лимити­рующих) факторов. Пределами толерантности для любого ви­да являются максимальная и минимальная летальные тем­пературы, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод. В «оптимальном интервале» организ­мы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и чис­ленность популяции растет. К крайним участкам температур­ного предела жизни — ор­ганизмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похолодании в пределах «нижней границы стойкости» или увеличе­нии жары в пределах «верхней границы стойкости», организмы попадают в «зону смерти» и погибают.
Этим примером иллюстрируется общий закон биологи­ческой стойкости (по Ламотту), применимый к любому из лимитирующих факторов. Величина «оптимального интервала» характеризует «величину» стойкости организмов, т. е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».
Известны морфологические приспособления растений к температурам, так называемые жизненные формы растений. Эпифиты — растут на других растениях и не имеют корней в почве; криптофиты, или геофиты, теряют всю видимую растительную массу и прячут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скры­тых в почве; терофиты — однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь их семена или споры.
Морфологические адаптации к климатическим условиям жизни и, прежде всего, к температурным наблюдаются также у животных. Жизненные формы животных одного вида, например, могут сформироваться под воздействием низких температур, от -20 до -40 С, при которых они вынуждены накапливать питательные вещества и увеличивать массу тела: из всех тигров самый крупный амурский тигр, живущий в наиболее северных и суровых условиях. Эта закономерность именуется правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела особей в среднем больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала распространения вида.
Но в жизни животных гораздо большее значение имеют физиологические адаптации, простейшей из которых является акклиматизация — физиологическое приспособление к перенесению жары или холода.
Таким образом, температура, являясь важнейшим лимитирующим фактором, оказывает существенное влияние на адаптационные процессы в организмах и популяциях наземно-воздушной среды.
Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических растительностью Земли, и в этом его важнейшая энергетическая функция. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для фотосинтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые лучи (600—700 нм) и фиолетово-голубые (400—500 нм), наименьшее — желто-зеленые (500—600 нм). Однако свет не только энергетический ресурс, но и важнейший экологический фактор, весьма существенно влияющий на биоту в целом, и на адаптационные процессы и явления в организмах.
За пределами видимого спектра и ФАР остаются инфракрасная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области. УФ-излучение несет много энергии и обладает фотохимическим воздействием — организмы к нему очень чувствительны. ИК-излучение обладает значительно меньшей энергией, легко поглощается водой. Важное значение для организмов имеет интенсивность освещения. Растения по отношению к освещенности подразделяются на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.
Первые две группы обладают разными диапазонами толерантности в пределах экологического спектра освещенности.
Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длина дня — фотопериод.
Фотопериодизм как явление — это реакция организма на сезонные изменения длины дня. Иными словами, фотопериод — это некий «пусковой механизм», включающий последовательность физиологических процессов в живом организме.
Вода в жизни организмов. Вода физиологически необходима любой протоплазме и с экологической точки зрения является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой воде осмотическим путем.
Влажность воздушной среды, измеряется обычно в показателях относительной влажности. Способность влажности изменять эффекты температуры: понижение влажности ниже некоторого предела при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп. У животных по отношению к воде выделяются свои экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые) и ксерофилы (сухолюбивые), а так же промежуточную группу — мезофилов. Способы регуляции водного баланса у них поведенческие, морфологические и физиологические.
К поведенческим способам относятся перемещение в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни, и др. К морфологическим адаптациям — приспособления, задерживающие воду в теле: раковины наземных уток, роговые покровы у рептилий и др. Физиологические приспособления позволяющей обходиться без питьевой воды. Она широко используется насекомыми и часто такими животными, как верблюд, овца, собака, которые могут выдержать потерю воды в количестве, соответственно, 27, 23 и 17%. Человек погибает уже при 10%-ной потере воды. Совместное действие температуры и влажности Температура и влажность, действуя в непрерывном единстве, определяют «качество» климата: высокая влажность в течение года сглаживает сезонные колебания температур — это морской климат, высокая сухость воздуха приводит к резким колебаниям температур — континентальный климат.
Воздушная среда имеет, малую плотность. Воздушная среда оказывает на организмы не только физическое, но и химическое воздействие, обеспечивая их дыхание и фотосинтез. Атмосферное давление оказывает весьма существенное эко­логическое воздействие животных, которые из-за этого не могут жить выше 6000 м над уров­нем моря.
Химические факторы воздушной среды Химический состав атмосферы весьма однороден: азота — 78,8% кислорода — 20,89 других газов — 0,9; углекислого газа — 0,03% по объему.
В почвах и подстилающих их породах, вплоть до уровня грунтовых вод (в зоне аэрации) углекислого газа уже 10%, а кислород становится лимитирующим фактором для аэробов.
В воде кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь он является лимитирующим фактором. Источники его — диффузия из атмосферного воздуха и фотосинтез водных растений (водорослей), а растворению способствуют понижение температуры, ветер и волнения воды. Лимитирующее действие СО2 в воде не явно выражено, но известно, что высокое его содержание ведет к гибели рыб и других животных. При растворении СО2, в воде образуется слабая угольная кислота Н2СО3, легко образующая карбонаты и бикарбонаты. Карбонаты — источник питательных веществ для построения раковин и костной ткани и хороший буфер для поддержания водородного показателя (рН) водной среды на нейтральном уровне.
Ресурсы живых существ как экологические факторы.
Ресурсы живых существ это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов» (Бигон и др., 1989).
Зеленое растение создается из неорганических молекул и ионов вода, углекислый газ, кислород, биогенные вещества и солнечной радиации в результате фотосинтеза. Неорганические компоненты здесь можно рассматривать как пищевой ресурс, а свет как ресурс энергетический. Сами растения являются пищевым ресурсом для травоядных животных, травоядные ресурс для хищников, те и другие пищевой ресурс для паразитов, а после гибели для деструктуров.
Перераспределение вещества и энергии между консументами происходит при конкурентной борьбе за пищевые ресурсы, что вынуждает, например, животных охранять свои места охоты. Такие места, а также территории, где организмы размножаются, проходят стадии своего развития по типу метаморфоза и т. п., относят к ресурсам среды для определенного вида организмов, популяций и биоценозов.
Классификация ресурсов
Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы - это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, становится жестким лимитирующим фактором.
Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором, поскольку никто не отменял закона толерантности при использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В. Р. Вильямса, причем, каждый из ресурсов (CO2, H2O, K, S, P, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.
При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые ресурсы вызывают явление ингибирования они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел толерантности к ним организмов. Например, в результате загрязнения почв создается избыток калия, кадмия и т. п. для растений, при вырубке леса избыток света для тенелюбивых растений и др.
Взаимозаменяемые ресурсы это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, т. е. взаимозаменяемость - это еще не значит равноданность. Они могут быть взаимодополняющими и антагонистическими.
У плотоядных животных практически любую поедаемую ими пищу, т. е. добычу, можно заменить другой в том же объеме: одну косулю несколькими зайцами, зайца десятками мелких грызунов и т. п. Но взаимозаменяемые ресурсы могут быть взаимодополняющими, если при совместном потреблении обоих ресурсов в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.
Однако может быть и наоборот: при совместном потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если, например, один ресурс содержит одно токсичное соединение, а второй другое, то поедание обоих ресурсов неблагоприятнее сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.
Экологические значение незаменимых ресурсов.
В результате морфологических и физиологических адаптаций возникает некое соответствие между организмом и средой, но оно еще не гарантирует выживание организма в этой среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях. Первое испытание - это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы.
Единственным ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Лучистая солнечная энергия - это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а остальные (вода, углекислый газ, биогенные вещества) используются многократно, вовлекаемые в биологический круговорот веществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет ее распределение, где первейшую роль играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнечной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.
Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не достигать максимума (Бигон и др., 1989). Максимальные же значения эффективного использования лучистой энергии у растений составляют 3-4,5% у морских микроскопических водорослей, 1-3% в тропических лесах, 0,6-1,2% в лесах умеренного пояса и 0,6% в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы.

Скачать 125,98 Kb.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4




База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница