Учебник Биология - ВУНМЦ 2000

Глава 6. БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

6.1. ЭКОЛОГИЯ

Термин "экология" - предложен в 1866 г. Э. Геккелем. Как самостоятельная биологическая дисциплина экология выделилась в начале XX века.

Экология - комплексная наука, объединяющая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии ее и общества.

Экология (греч. oikos - жилище, местопребывание) - наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой; о связях в надорганизменных системах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах (экосистемах), биосфере, о структуре и функционировании этих систем.

Задачи экологии - изучение закономерностей размещения живых организмов в пространстве, изменение численности организмов, потока энергии через живые системы и круговороты веществ, происходящих при участии живых организмов.

В науке экологии выделяют несколько разделов: общую экологию (биоэкологию), геоэкологию, прикладную экологию, экологию человека и социальную экологию.

Общая экология изучает основные принципы строения и функционирования различных надорганизменных систем. Общую экологию по уровням организации биологических систем подразделяют на аутэкологию, синэкологию, популяционную экологию и др.

Аутэкология изучает действие различных факторов среды на отдельные особи. Интересны те свойства особей, от которых зависит их распределение, численность, роль в круговороте веществ, приспособление к температуре, влажности, солености и другим факторам среды; характеристики роста, размножения (плодовитость, время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, темп роста), особенности обмена веществ (состав и количество пищи, скорость дыхания, интенсивность фотосинтеза).

Особи одного вида, находящиеся во взаимодействии между собой и совместно населяющие общую территорию, образуют популяции (лат. populus - народ). Популяции состоят из разнокачественных особей, различающихся по возрасту, полу, генотипу и фенотипу, по степени родства. Основными характеристиками популяции являются: численность (общее количество особей на конкретной территории), плотность (среднее число особей на определенной площади), рождаемость (число появившихся новых особей при размножении за единицу времени), смертность (число особей, погибших за единицу времени), прирост особей (разница между рождаемостью и смертностью), темп роста (средний прирост биомассы за единицу времени). От состава популяции зависит расширение особей в пространстве (пространственная структура и динамика (изменение)) численности популяции. Изучением популяций занята популяционная экология.

Популяции разных видов, занимающие определенные место - обитания (озеро, луг) и взаимодействующие посредством трофических связей, образуют сообщества. В состав сообществ входят растения, животные, микроорганизмы. Экология сообществ исследует видовой состав сообществ, их пространственную структуру. Экологию сообществ (биогеоценозов) и все взаимоотношения между ними, а также обмен веществ и энергии между различными компонентами этих систем называют синэкологией. К общей экологии можно отнести также экологию растений, животных и глобальную экологию (учение о биосфере).

Геоэкология по среде обитания подразделяется на экологию суши, пресных вод, моря, высокогорий и т.д.

В связи с возникшими в последние годы экологическими проблемами стали выделять прикладную экологию (промышленную, сельскохозяйственную, медицинскую, химическую и др.).

В 70-х годах XX века сформировалась экология человека (антропоэкология) и социальная экология (экология личности, экология культуры, этноэкология).

Во второй половине XX века в связи с неблагоприятными последствиями воздействий человека на биосферу возросло практическое значение экологии. Экологический подход необходим при решении производственных, научно-технических, демографических и других проблем. Для создания благоприятных условий существования человеческой цивилизации на планете необходимо рационально использовать природные богатства, охранять окружающую среду.

Экология изучает организмы на разных уровнях организации материи (организменном, популяционно-видовом, биоценологическом и биосферном).

6.1.1. СРЕДА ОБИТАНИЯ

Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и факторами неживой природы. Видовой состав данной местности определяется историческими и климатическими условиями, а взаимоотношение организмов друг с другом и с окружающей средой - характером питания.

Среда - это комплекс окружающих условий, которые действуют на особь, популяцию, сообщество (биоценоз) в месте их обитания.

Жизнь возникла в воде. Из водной среды организмы вышли на сушу и освоили почвенно-воздушную и почвенную среды. Специфической средой обитания для ряда организмов стали другие живые организмы. Так возникли паразитические формы, симбионты, комменсалы. Любой организм существует в соседстве с другими живыми существами, на которые он влияет и в то же время находится под их воздействием. Оказывают влияние на живые организмы такие факторы, как свет, температура, влажность, климат и др. Элементы среды обитания, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на одной из стадий их индивидуального развития, называются экологическими факторами. Среди них различают три группы факторов.

1. Абиотические, или физические - факторы неживой природы (свет, температура, вода, соленость, радиоактивные излучения, рельеф местности и т.д.) (рис. 278).

Рис. 278. Такие абиотические факторы, как рельеф, ветер, тип почв, влияя на температуру и влажность, определяют и различия в условиях среды, т. е. в микроклимате. Ряд других факторов, например, рН и соленость, оказывают непосредственное воздействие на экосистемы.

2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Есть внутривидовые и межвидовые взаимодействия.

К внутривидовым взаимоотношениям относят факторы, проявляющие себя на популяционном уровне (особенности поведения, продолжительность жизни, возраст, половой состав и др.). К внутривидовым взаимоотношениями относят конкуренцию (соперничество между особями одного вида за местообитание и пищевые ресурсы).

Межвидовые взаимоотношения могут быть безразличными, вредными и полезными для партнеров.

При нейтрализме две популяции не влияют друг на друга, так как экологические требования у них различны, например, гидроидные полипы на раковине моллюска.

К вредным взаимоотношениям можно отнести межвидовую конкуренцию. К взаимополезным относят: протокооперацию, симбиоз и мутуализм. К полезнонейтральным относят комменсализм: нахлебничество, квартирантство, сотрапезничество.

Полезно - вредными считаются паразитизм и хищничество.

3. Антропогенные факторы - человек и все формы его деятельности, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Одни экологические факторы необходимы организму, без них невозможна жизнь; другие не являются обязательными. Все факторы, необходимые для жизни организма (популяции, сообщества), определяют условия его существования.

Большинство экологических факторов (температура, влажность, интенсивность солнечной радиации, источники пищи, конкуренты, паразиты и др.), подвержены значительным колебаниям в пространстве и времени. Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности.

Интенсивность действия факторов называют оптимальной (opt) в том случае, если обеспечивается наиболее благоприятное существование организма. Для каждой особи, популяции, биоценоза оптимальное значение того или иного фактора различно. Оно меняется с возрастом, зависит от силы воздействия других факторов. Недостаточное или избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизни особи. Минимальное (min) и максимальное (mах) значение действующего фактора, при которых возможна жизнедеятельность, называют пределами выносливости. Это критические точки, за пределами которых существование живого уже невозможно.

Рис. 279. Схема действия абиотических факторов среды на живые организмы.

Границы, за которыми наступает гибель, называют верхними и нижними пределами выносливости. Фактор среды в конкретных условиях, наиболее удаленный от оптимума, снижает возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальные сочетания остальных факторов. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или выходит за его пределы, называют ограничивающим, или лимитирующим.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида - расселение его по земной поверхности. Так, например, распространение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а на юг в сухие (аридные) районы - недостатком влаги и слишком высокими температурами. Ограничивающим фактором, определяющим низкую "плотность населения" в глубоководной зоне океана при всей жесткости условий, является пища, ее ограниченность. Биотические факторы также могут быть ограничивающими. Инжир, который на родине (районы Средиземноморья) опыляется одним из видов ос, завезен в Калифорнию, где стал плодоносить только после того, как туда были доставлены опылители - осы.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике растениеводства, животноводства, в обеспечении комфортного образа жизни человека и сохранения его здоровья.

Факторы среды могут оказаться ограничивающими в одних условиях и неограничивающими в других. Например, в условиях яркого солнечного освещения недостаток цинка в почве может быть ограничивающим фактором для растений. В тени то же количество микроэлемента для данного вида растения оказывается вполне достаточным.

Сочетание всех "ограничивающих" факторов называют сопротивлением среды.

Одни виды способны выдерживать значительные отклонения от оптимального значения фактора, т.е. обладают широким диапазоном выносливости (например, медведь) и могут существовать при значительных изменениях климата и пищи. Их называют эврибионтными. Другие (стенобионтные) имеют узкий диапазон выносливости и существуют в относительно постоянных условиях среды (например, форель).

Иногда может происходить компенсация одного фактора другими, например, в местах, где мало кальция и много стронция, моллюски используют последний для построения раковины. Низкая температура на северном пределе распространения растительности компенсируется продолжительностью в течение суток светового периода (беспрерывный световой день летом).

Компенсация одного фактора другим всегда ограничена. Ни один из необходимых для жизни факторов не может быть заменен другим.

Для жизни и процветания в тех или иных условиях организм должен располагать всеми веществами, которые ему необходимы. Потребности к факторам внешней среды неодинаковы у разных видов, у одного и того же вида в разных условиях, а также на разных этапах жизненного цикла. Например, взрослые крабы из моря могут заходить в реки с достаточным содержанием в воде хлорида. Однако их личинки в реке жить не могут.