Czynniki środowiskowe środowiska. Czynniki środowiskowe Jakie czynniki środowiskowe ograniczają
Najkorzystniejszą intensywność czynnika ekologicznego dla organizmu nazywamy optymalnym lub optymalny.Odchylenie od optymalnego działania czynnika prowadzi do stłumienia życiowej aktywności organizmu.
Granica, poza którą istnienie organizmu jest niemożliwe, nazywa się limit wytrzymałości.Granice te są różne dla różnych gatunków, a nawet dla różnych osobników tego samego gatunku. Na przykład górne warstwy atmosfery, źródła termalne i lodowa pustynia Antarktydy są poza granicami wytrzymałości wielu organizmów.
Czynnikiem środowiskowym, który wykracza poza granice wytrzymałości organizmu, jest ograniczenie.Ma górną i dolną granicę. Tak więc w przypadku ryb czynnikiem ograniczającym jest woda. Poza środowiskiem wodnym ich życie jest niemożliwe. Spadek temperatury wody poniżej 0 ° C to dolna granica, a wzrost powyżej 45 ° C to górna granica wytrzymałości.
Schemat działania czynnika ekologicznego na organizm
Zatem optimum odzwierciedla charakterystykę warunków życia. różne rodzaje... Zgodnie z poziomem najbardziej korzystnych czynników organizmy dzielą się na ciepłolubne, kochające wilgoć i odporne na suszę, kochające światło i tolerujące cień, przystosowane do życia w słonej i słodkiej wodzie itp. Szerszy granica wytrzymałości, tym bardziej plastyczny organizm. Co więcej, granica wytrzymałości w odniesieniu do różnych czynników środowiskowych w organizmach nie jest taka sama. Na przykład rośliny kochające wilgoć mogą tolerować duże zmiany temperatury, podczas gdy brak wilgoci jest dla nich destrukcyjny. Gatunki wąsko przystosowane są mniej plastyczne i mają niewielki limit wytrzymałości, gatunki szeroko przystosowane są bardziej plastyczne i charakteryzują się szerokim zakresem wahań czynników środowiskowych. W przypadku ryb występujących w zimnych morzach Antarktydy i Oceanu Arktycznego tolerowany zakres temperatur wynosi 4–8 ° C. Wraz ze wzrostem temperatury (powyżej 10°C) przestają się poruszać i zapadają w odrętwienie termiczne. Z drugiej strony ryby w szerokościach równikowych i umiarkowanych tolerują wahania temperatury od 10 do 40 ° C. Zwierzęta stałocieplne mają szerszy zakres wytrzymałości. Na przykład lisy polarne w tundrze tolerują spadki temperatury od -50 do 30 ° C. Rośliny w umiarkowanych szerokościach geograficznych wytrzymują wahania temperatury w zakresie 60–80 ° C, podczas gdy rośliny tropikalne mają znacznie węższy zakres temperatur: 30–40 ° C. Interakcja czynników środowiskowych polega na tym, że zmiana intensywności jednego z nich może zawęzić granicę wytrzymałości do innego czynnika lub odwrotnie, zwiększyć ją. Na przykład optymalna temperatura zwiększa tolerancję na brak wilgoci i jedzenia. Wysoka wilgotność znacznie zmniejsza odporność organizmu na wysokie temperatury. Intensywność oddziaływania czynników środowiskowych jest wprost proporcjonalna do czasu trwania tego oddziaływania. Długotrwałe narażenie na wysokie lub niskie temperatury jest szkodliwe dla wielu roślin, podczas gdy krótkotrwałe spadki są normalnie tolerowane przez rośliny. Czynnikami ograniczającymi rośliny są skład gleby, obecność w niej azotu i innych składników odżywczych. Tak więc koniczyna rośnie lepiej na glebach ubogich w azot, a pokrzywa wręcz przeciwnie. Spadek zawartości azotu w glebie prowadzi do zmniejszenia odporności zbóż na suszę. Rośliny gorzej rosną na glebach zasolonych, wiele gatunków w ogóle nie zapuszcza korzeni. Zatem adaptacja organizmu do poszczególnych czynników środowiskowych jest indywidualna i może mieć zarówno szeroki, jak i wąski zakres wytrzymałości. Ale jeśli ilościowa zmiana przynajmniej jednego z czynników przekroczy granicę wytrzymałości, to pomimo sprzyjających innych warunków organizm umiera.
Zbiór czynników środowiskowych (abiotycznych i biotycznych), które są niezbędne do istnienia gatunku, nazywamy nisza ekologiczna.Nisza ekologiczna charakteryzuje sposób życia organizmu, warunki jego bytowania i odżywiania. W przeciwieństwie do niszy pojęcie siedliska oznacza terytorium, na którym żyje organizm, czyli jego „adres”. Na przykład roślinożerni mieszkańcy stepów, krowa i kangur, zajmują tę samą niszę ekologiczną, ale mają inne siedliska. Wręcz przeciwnie, mieszkańcy puszczy - wiewiórki i łosie, które również są roślinożercami, zajmują różne nisze ekologiczne. Nisza ekologiczna zawsze determinuje rozmieszczenie organizmu i jego rolę w społeczności.
Wykład 5. Czynniki ograniczające
Różny czynniki środowiskowe mają różne znaczenie dla organizmów żywych.
Do życia organizmów niezbędna jest pewna kombinacja warunków. Jeżeli wszystkie warunki środowiskowe są sprzyjające, z wyjątkiem jednego, to właśnie ten stan staje się decydujący dla życia danego organizmu.
Czynniki ograniczające (ograniczające) - to
1) wszelkie czynniki hamujące wzrost populacji w ekosystemie; 2) czynniki środowiskowe, których wartość znacznie odbiega od optimum.
W obecności optymalnych kombinacji wielu czynników, jeden czynnik ograniczający może prowadzić do supresji i śmierci organizmów. Na przykład rośliny kochające ciepło giną w ujemnych temperaturach powietrza, pomimo optymalnej zawartości składników odżywczych w glebie, optymalnej wilgotności, oświetlenia i tak dalej. Czynniki ograniczające są niezastąpione, jeśli nie wchodzą w interakcje z innymi czynnikami. Na przykład niedoboru azotu mineralnego w glebie nie da się zrekompensować nadmiarem potasu czy fosforu.
Czynniki ograniczające dla ekosystemów lądowych:
Temperatura;
Składniki odżywcze w glebie.
Czynniki ograniczające ekosystemy wodne:
Temperatura;
Światło słoneczne;
Zasolenie.
Zazwyczaj czynniki te oddziałują w taki sposób, że jeden proces jest jednocześnie ograniczany przez kilka czynników, a zmiana któregokolwiek z nich prowadzi do nowej równowagi. Na przykład wzrost dostępności pożywienia i zmniejszenie presji drapieżników może prowadzić do wzrostu liczebności populacji.
Przykładami czynników ograniczających są: wychodnie skał twardych, erozja linii bazowej, zbocza dolin itp.
Czynnikiem ograniczającym rozprzestrzenianie się jeleni jest więc głębokość pokrywy śnieżnej; motyle zimowej miarki (szkodnik warzyw i upraw zbożowych) - temperatura zimowa itp.
Pojęcie czynników ograniczających opiera się na dwóch prawach ekologii: prawie minimum i prawie tolerancji.
W połowie XIX wieku niemiecki naukowiec, chemik organiczny Liebig, badając wpływ różnych pierwiastków śladowych na wzrost roślin, jako pierwszy ustalił, co następuje: wzrost roślin ogranicza się do pierwiastka, którego stężenie i wartość są minimalne, tj. jest obecny w minimalna ilość... W przenośni prawo minimum pomaga przedstawić tak zwaną „beczkę Liebiga”.
Jest to beczka z drewnianymi listwami o różnej wysokości, jak pokazano na zdjęciu. Oczywiste jest, że bez względu na wysokość pozostałych listew, możesz wlać wodę do beczki dokładnie na wysokość najkrótszych listew. Czynnik ograniczający ogranicza więc żywotną aktywność organizmów, pomimo poziomu (dawki) innych czynników. Na przykład, jeśli drożdże
wtrącić zimna woda, niska temperatura stanie się czynnikiem ograniczającym ich rozmnażanie. Wie o tym każda gospodyni domowa i dlatego zostawia drożdże, aby „pęczniały" (a właściwie rozmnażały się) w ciepłej wodzie z odpowiednią ilością cukru. Pozostaje tylko „zmienić" niektóre terminy: niech wysokość nalewanej wody będzie jakaś biologiczna lub funkcja ekologiczna (na przykład plon), a wysokość listew wskaże stopień odchylenia dawki jednego lub drugiego czynnika od optymalnego.
Obecnie prawo minimum Liebiga jest interpretowane szerzej. Czynnikiem ograniczającym może być czynnik, którego podaż jest nie tylko niedostateczna, ale także występująca w nadmiarze.
Czynnik środowiskowy pełni rolę CZYNNIKA OGRANICZAJĄCEGO, jeśli ten czynnik jest poniżej poziomu krytycznego lub przekracza maksymalny tolerowany poziom.
Czynnik ograniczający determinuje zasięg występowania gatunku lub (w mniej surowych warunkach) wpływa poziom ogólny metabolizm. Na przykład zawartość fosforanów w woda morska jest czynnikiem ograniczającym, który determinuje rozwój planktonu i ogólnie produktywność społeczności.
Pojęcie „czynnika ograniczającego” ma zastosowanie nie tylko do różnych elementów, ale także do wszystkich czynników środowiskowych. Często czynnikiem ograniczającym są relacje konkurencyjne.
Każdy organizm ma granice wytrzymałości w odniesieniu do różnych czynników środowiskowych. W zależności od tego, jak szerokie lub wąskie są te granice, rozróżnia się organizmy eurybiontyczne i stenobiontyczne. Eurybionty są w stanie wytrzymać szeroki zakres natężeń różnych czynników środowiskowych. Załóżmy, że siedlisko lisa rozciąga się od lasów-tundry po stepy. Stenobionty przeciwnie, tolerują tylko bardzo wąskie wahania intensywności czynnika ekologicznego. Na przykład prawie wszystkie rośliny z tropikalnych lasów deszczowych to stenobionty.
Prawo tolerancji
Pogląd, że obok minimum, maksimum może być czynnikiem ograniczającym, został wprowadzony 70 lat później, w 1913 roku po Liebigu przez amerykańskiego zoologa W. Shelforda. Zwrócił uwagę, że nie tylko te czynniki ekologiczne, których wartości są minimalne, ale także te, które charakteryzują się maksimum ekologicznym, mogą ograniczać rozwój organizmów żywych i sformułował prawo tolerancji:” czynnikiem ograniczającym dobrobyt populacji (organizmu) może być co najmniej i maksymalnie oddziaływanie na środowisko, a zakres między nimi określa wartość wytrzymałości (granica tolerancji) lub walencję ekologiczną organizmu na ten czynnik)”
Korzystny zakres działania czynnika środowiskowego nazywany jest strefą optimum (normalnej aktywności życiowej). Im większe odchylenie czynnika od optimum, tym bardziej czynnik ten hamuje aktywność życiową populacji. Ten zakres nazywa się strefą ucisku lub pessimum. Maksymalne i minimalne tolerowane wartości współczynnika to punkt krytyczny poza którym istnienie organizmu lub populacji nie jest już możliwe. Granica tolerancji opisuje amplitudę wahań czynników, która zapewnia najpełniejsze istnienie populacji. Osoby mogą mieć nieco inne zakresy tolerancji.
Adaptacje organizmów do środowiska nazywane są adaptacjami. Zdolność do adaptacji jest jedną z podstawowych właściwości życia w ogóle, ponieważ zapewnia samą możliwość jego istnienia, zdolność organizmów do przetrwania i rozmnażania się. Adaptacje przejawiają się na różnych poziomach: od biochemii komórek i zachowania poszczególnych organizmów po strukturę i funkcjonowanie społeczności oraz systemów ekologicznych. Adaptacje powstają i zmieniają się podczas ewolucji gatunków.
Poszczególne właściwości lub elementy środowiska, które wpływają na organizmy, nazywane są czynnikami środowiskowymi. Czynniki środowiskowe są zróżnicowane. Mogą być konieczne lub odwrotnie szkodliwe dla istot żywych, ułatwiać lub utrudniać przetrwanie i reprodukcję. Czynniki środowiskowe mają inna natura i specyfiki akcji. Czynniki środowiskowe dzielą się na abiotyczne i biotyczne, antropogeniczne.
Czynniki abiotyczne – temperatura, światło, promieniowanie radioaktywne, ciśnienie, wilgotność powietrza, skład soli wody, wiatr, prądy, ukształtowanie terenu – to wszystkie właściwości przyrody nieożywionej, które bezpośrednio lub pośrednio oddziałują na organizmy żywe.
Czynniki biotyczne to formy wzajemnego oddziaływania istot żywych. Każdy organizm nieustannie doświadcza bezpośredniego lub pośredniego wpływu innych stworzeń, wchodzi w kontakt z przedstawicielami własnego gatunku i innych gatunków, zależy od nich i wywiera na nich wpływ. Otaczający świat organiczny jest integralną częścią środowiska każdej żywej istoty. Połączenia organizmów są podstawą istnienia biocenoz i populacji; ich rozważanie należy do dziedziny synekologii.
Czynniki antropogeniczne to formy aktywności społeczeństwa ludzkiego, które prowadzą do zmian w przyrodzie jako siedliska innych gatunków lub bezpośrednio wpływają na ich życie. Chociaż osoba ma wpływ dzikiej przyrody poprzez zmiany czynników abiotycznych i związków biotycznych gatunków należy wyodrębnić aktywność antropogeniczną ze szczególną siłą, która nie mieści się w ramach tej klasyfikacji. Znaczenie wpływu antropogenicznego na żywy świat planety wciąż szybko rośnie. Jeden i ten sam czynnik środowiskowy ma inne znaczenie w życiu współżyjących organizmów różnych gatunków. Np. silny wiatr zimą jest niekorzystny dla dużych, otwarcie żyjących zwierząt, ale nie wpływa na mniejsze, które schronią się w norach lub pod śniegiem. Skład soli gleby jest ważny dla odżywiania roślin, ale jest obojętny dla większości zwierząt lądowych itp.
Zmiany czynników środowiskowych w czasie mogą mieć charakter: 1) regularno-okresowy, zmieniający siłę oddziaływania w związku z porą dnia lub porą roku lub rytmem przypływów i odpływów w oceanie; 2) nieregularne, bez wyraźnej okresowości, np. zmiany warunki pogodowe w różnych latach zjawiska o charakterze katastroficznym - burze, opady, osuwiska itp .; 3) kierowane na znane, czasem długie okresy czasu, np. gdy klimat jest zimny lub ocieplony, zbiorniki wodne są zarośnięte, bydło stale wypasa się na tym samym terenie itp. Czynniki środowiskowe mają różny wpływ na organizmy żywe, tj. może oddziaływać jako bodźce powodujące zmiany adaptacyjne funkcji fizjologicznych i biochemicznych; jako ograniczenia uniemożliwiające istnienie w danych warunkach; jako modyfikatory powodujące zmiany anatomiczne i morfologiczne w organizmach; jako sygnały wskazujące na zmiany innych czynników środowiskowych.
Pomimo dużej różnorodności czynników środowiskowych, można zidentyfikować szereg ogólnych wzorców w naturze ich wpływu na organizmy oraz w reakcjach istot żywych.
1. Prawo optimum. Każdy czynnik ma tylko pewne granice pozytywnego wpływu na organizmy. Wynik działania czynnika zmiennego zależy przede wszystkim od siły jego manifestacji. Zarówno niewystarczające, jak i nadmierne działanie czynnika negatywnie wpływa na aktywność życiową jednostek. Korzystna siła oddziaływania nazywana jest strefą optimum czynnika ekologicznego lub po prostu optimum dla organizmów danego gatunku. Im silniejsze odchylenia od optimum, tym wyraźniejszy depresyjny wpływ tego czynnika na organizmy (strefa pessimum). Maksymalne i minimalne tolerowane wartości czynnika są punktami krytycznymi, poza którymi istnienie nie jest już możliwe, następuje śmierć. Granice wytrzymałości pomiędzy punktami krytycznymi nazywamy walencją ekologiczną (zakresem tolerancji) istot żywych w odniesieniu do określonego czynnika środowiskowego.
Przedstawiciele różnych gatunków znacznie różnią się od siebie zarówno pod względem pozycji optymalnej, jak i walencji ekologicznej. Np. lisy polarne w tundrze tolerują wahania temperatury powietrza w zakresie ok. 80 °C (od + 30 ° do -55 ° C), natomiast ciepłolubne skorupiaki Copilia mirabilis mogą wytrzymać zmiany temperatury wody w zakresie nie powyżej 6°C (od 23° do 29°C). Pojawienie się wąskich zakresów tolerancji w ewolucji można postrzegać jako formę specjalizacji, w wyniku której osiągana jest większa efektywność kosztem zdolności adaptacyjnych i wzrasta różnorodność w społeczności.
Ta sama siła manifestacji czynnika może być optymalna dla jednego gatunku, pesymalna - dla innego i wykraczać poza granice wytrzymałości dla trzeciego.
Na szeroką walencję ekologiczną gatunku w odniesieniu do abiotycznych czynników środowiskowych wskazuje dodanie przedrostka „evry” do nazwy czynnika. Gatunki eurytermalne - wytrzymujące znaczne wahania temperatury, eurybat - szeroki zakres ciśnień, euryhalin - różne stopnie zasolenia środowiska.
Niezdolność do tolerowania znacznych wahań czynnika, czyli wąskiej walencji ekologicznej, charakteryzuje się przedrostkiem „steno” – gatunki stenotermiczne, stenobatyczne, stenohalinowe itp., które są w stanie przystosować się do różnych warunków środowiskowych – eurybionty.
2. Niejednoznaczność wpływu czynnika na różne funkcje. Każdy czynnik ma inny wpływ na różne funkcje organizmu. Optimum dla niektórych procesów może być pesymum dla innych. Tak więc temperatura powietrza od 40 ° do 45 ° C u zwierząt zimnokrwistych znacznie zwiększa tempo procesów metabolicznych w organizmie, ale hamuje aktywność ruchową, a zwierzęta zapadają w odrętwienie termiczne. Dla wielu ryb temperatura wody optymalna dla dojrzewania produktów rozrodczych jest niekorzystna dla tarła, które odbywa się w różnym zakresie temperatur.
Cykl życia, w którym pewne okresy organizm pełni głównie określone funkcje (odżywianie, wzrost, rozmnażanie, przesiedlanie itp.), zawsze skoordynowane z sezonowymi zmianami w zespole czynników środowiskowych. Organizmy mobilne mogą również zmieniać siedliska, aby skutecznie realizować wszystkie swoje funkcje życiowe. Okres lęgowy jest zwykle krytyczny; w tym okresie wiele czynników środowiskowych często staje się ograniczających. Granice tolerancji dla osobników hodowlanych, nasion, jaj, zarodków, siewek i larw są zwykle węższe niż dla dorosłych roślin lub zwierząt niehodowlanych. Tak więc dorosły cyprys może rosnąć na suchych wyżynach i zanurzony w wodzie, ale rozmnaża się tylko tam, gdzie jest wilgotna, ale nie zalana gleba dla rozwoju sadzonek. Wiele zwierząt morskich toleruje słonawą lub słodką wodę o wysokiej zawartości chlorków, więc często wchodzą one do rzek w górę rzeki. Ale ich larwy nie mogą żyć w takich wodach, więc gatunek nie może rozmnażać się w rzece i nie osiedla się tu na stałe.
3. Zmienność, zmienność i różnorodność reakcji na działanie czynników środowiskowych u poszczególnych osobników gatunku.
Stopień wytrzymałości, punkty krytyczne, strefy optymalne i pesymalne poszczególnych osobników nie pokrywają się. Ta zmienność jest determinowana zarówno przez cechy dziedziczne osobników, jak i przez płeć, wiek i różnice fizjologiczne. Na przykład u ćmy ćmy, jednego ze szkodników produktów mącznych i zbożowych, minimalna temperatura krytyczna dla gąsienic wynosi -7 ° C, dla postaci dorosłych -22 ° C, a dla jaj -27 ° C. Mróz w temperaturze 10°C zabija gąsienice, ale nie jest niebezpieczny dla dorosłych i jaj tego szkodnika. W konsekwencji walencja ekologiczna gatunku jest zawsze szersza niż walencja ekologiczna każdego osobnika.
4. Gatunki dostosowują się do każdego z czynników środowiskowych w sposób względnie niezależny. Stopień odporności na jakikolwiek czynnik nie oznacza odpowiedniej wartościowości ekologicznej gatunku w stosunku do innych czynników. Na przykład gatunki, które tolerują duże wahania temperatury, nie muszą być również przystosowane do dużych wahań wilgotności lub reżimu zasolenia. Gatunki Eurythermal mogą być stenohalinowe, stenobatowe lub odwrotnie. Wartościowość ekologiczna gatunku w odniesieniu do różnych czynników może być bardzo zróżnicowana. Stwarza to niezwykłą różnorodność adaptacji w przyrodzie. Zbiór walencji ekologicznych w odniesieniu do różnych czynników środowiskowych stanowi spektrum ekologiczne gatunku.
5. Rozbieżność między widmami ekologicznymi niektórych gatunków. Każdy gatunek ma specyficzne możliwości ekologiczne. Nawet w gatunkach, które są podobne w sposobach adaptacji do środowiska, istnieją różnice w odniesieniu do wszelkich czynników indywidualnych.
6. Interakcja czynników.
Optymalna strefa i granice wytrzymałości organizmów w stosunku do dowolnego czynnika środowiskowego mogą się zmieniać w zależności od tego, jak silnie i w jakiej kombinacji działają jednocześnie inne czynniki. Ten wzór nazywa się interakcją czynników. Na przykład ciepło jest łatwiej tolerowane w suchym niż wilgotnym powietrzu. Ryzyko zamarznięcia jest znacznie większe przy zimnej pogodzie i silnym wietrze niż przy spokojnej pogodzie. Zatem ten sam czynnik w połączeniu z innymi ma inny wpływ na środowisko. Wręcz przeciwnie, można uzyskać ten sam efekt ekologiczny na różne sposoby... Na przykład więdnięcie roślin można powstrzymać zarówno poprzez zwiększenie ilości wilgoci w glebie, jak i obniżenie temperatury powietrza w celu ograniczenia parowania. Powstaje efekt częściowej substytucji czynników.
Jednocześnie wzajemna kompensacja działania czynników środowiskowych ma pewne granice i nie można całkowicie zastąpić jednego z nich drugim. Całkowity brak wody lub przynajmniej jednego z podstawowych składników żywienia mineralnego uniemożliwia życie roślin, pomimo najkorzystniejszych kombinacji innych warunków. Ekstremalnego deficytu ciepła na pustyniach polarnych nie da się zrekompensować ani obfitością wilgoci, ani całodobowym oświetleniem.
7. Zasada ograniczania (ograniczania) czynników. Czynniki środowiskowe, które są najbardziej odległe od optymalnych, szczególnie utrudniają gatunkowi egzystencję w tych warunkach. Jeżeli przynajmniej jeden z czynników środowiskowych zbliży się lub przekroczy wartości krytyczne, to mimo optymalnej kombinacji innych warunków, osobnikom grozi śmierć. Takie czynniki odbiegające od optimum mają ogromne znaczenie w życiu gatunku lub jego poszczególnych przedstawicieli w każdym określonym okresie czasu.
Środowiskowe czynniki ograniczające określają zasięg geograficzny gatunku. Charakter tych czynników może być różny. Tak więc ruch gatunku na północ może być ograniczony brakiem ciepła, do suchych regionów - brakiem wilgoci lub zbyt wysokimi temperaturami. Relacje biotyczne, na przykład okupacja terytorium przez silniejszego konkurenta lub brak zapylaczy dla roślin, mogą również służyć jako czynnik ograniczający rozprzestrzenianie się.
Aby określić, czy dany gatunek może istnieć na danym obszarze geograficznym, należy najpierw sprawdzić, czy jakiekolwiek czynniki środowiskowe wykraczają poza jego walencję ekologiczną, zwłaszcza w najbardziej wrażliwym okresie rozwoju.
Najbardziej rozpowszechnione są zwykle organizmy o szerokim zakresie tolerancji na wszystkie czynniki.
8. Zasada zgodności warunków środowiskowych z uwarunkowaniami genetycznymi organizmu. Gatunek organizmów może istnieć tak długo i o ile otaczające go środowisko naturalne odpowiada genetycznej zdolności tego gatunku do przystosowania się do jego wahań i zmian. Każdy rodzaj żywej istoty powstał w określonym środowisku, w pewnym stopniu dostosowanym do niego i jego dalsze istnienie jest możliwe tylko w nim lub w bliskim otoczeniu. Gwałtowna i szybka zmiana środowiska życia może doprowadzić do tego, że zdolności genetyczne gatunku będą niewystarczające do przystosowania się do nowych warunków.
Na organizm oddziałuje jednocześnie wiele różnorodnych i wielokierunkowych czynników środowiskowych. W naturze połączenie wszystkich wpływów w ich optymalnych, najkorzystniejszych wartościach jest praktycznie niemożliwe. Dlatego nawet w siedliskach, w których wszystkie (lub wiodące) czynniki środowiskowe są ze sobą najkorzystniej połączone, każdy z nich najczęściej odbiega nieco od optimum. Aby scharakteryzować działanie czynników otoczenie zewnętrzne na zwierzętach i roślinach istotne jest, aby w odniesieniu do niektórych czynników organizmy miały szeroki zakres wytrzymałości i wytrzymywały znaczne odchylenia intensywności czynnika od wartości optymalnej.
Organizmy są przystosowane do innych czynników tylko w wąskim zakresie ich zmian i wytrzymują tylko niewielkie odchylenia od optimum. Na przykład dla niektórych gatunków ryb antarktycznych przystosowanych do niskich temperatur tolerowany zakres temperatur wynosi tylko 4°C (od -2 do +2 °C). Wraz ze wzrostem temperatury do 0 ° C wzrasta aktywność metaboliczna, ale przy jej dalszym wzroście tempo przemiany materii spada i przy +1,9 ° C ryby przestają się poruszać, zapadając w odrętwienie termiczne. Zwierzęta żyjące na dużych szerokościach geograficznych mają szeroki zakres odporności na wahania temperatury. Tak więc lisy polarne w tundrze mogą tolerować wahania temperatury w granicach 80 ° C (od +30 do -55 ° C). Rośliny syberyjskie są odporne na zimno. Na przykład modrzew daurian w pobliżu Wierchojańska może wytrzymać zimowe przymrozki do -70 ° C. Rośliny lasów tropikalnych mogą występować w dość wąskich zakresach zmian temperatury: spadek temperatury do +5 ... + 8 ° С ma na nie szkodliwy wpływ.
W stosunku do czynników środowiskowych wyróżnia się gatunki ciepłolubne i zimnolubne, wilgotne i sucholubne, przystosowane do wysokiego lub niskiego zasolenia wody. Dla zwierząt wodnych bardzo ważne ma stężenie tlenu w wodzie. Niektóre gatunki mogą istnieć tylko w wąskich zakresach wahań zawartości tlenu. Młode pstrągi dobrze się rozwijają przy stężeniu tlenu 2 mg/l; gdy spada do 1,6 mg/l, wszystkie pstrągi giną. Inne gatunki ryb - sumy, karpie, przystosowane do życia w wodach stojących, dobrze tolerują niską zawartość tlenu.
Na różnych etapach ontogenezy organizmy mogą wykazywać nierówną wytrzymałość na ten czy inny czynnik. Na przykład u ćmy ćmy, jednego ze szkodników produktów mącznych i zbożowych, minimalna temperatura krytyczna dla gąsienic wynosi -7 ° C, dla postaci dorosłych -22 ° C, a dla jaj -27 ° C. Mróz - 10°C zabije gąsienice, ale będzie nieszkodliwy dla jaj i postaci dorosłych.
Odchylenie intensywności jednego czynnika od optymalnej wartości może zawęzić granice odporności na inny czynnik. Tak więc wraz ze spadkiem zawartości azotu w glebie zmniejsza się odporność zbóż na suszę. Czynnik, który występuje w niedoborach lub w nadmiarze w stosunku do wartości optymalnej, nazywamy ograniczającym, ponieważ uniemożliwia on rozkwit gatunku w danych warunkach. Po raz pierwszy na istnienie czynników ograniczających zwrócił uwagę niemiecki chemik J. Liebig (1840). Charakter tych czynników nie jest taki sam: brak pierwiastek chemiczny w glebie, brak ciepła lub wilgoci. Relacje biotyczne mogą być również czynnikami ograniczającymi rozprzestrzenianie się: zajęcie terytorium przez silniejszego konkurenta lub brak zapylaczy dla roślin (ryc. 25.6). Dla rozmieszczenia gatunków duże znaczenie mają dwa wskaźniki: próg temperatury rozwoju oraz suma temperatur efektywnych.
Wiele czynników staje się ograniczających w okresie lęgowym. Granice mrozoodporności dla nasion, jaj, zarodków, larw są zwykle węższe niż dla dorosłych roślin i zwierząt. Na przykład wiele krabów może dostać się do rzek daleko w górę rzeki, ale ich larwy nie mogą się rozwijać w wodzie rzecznej. O zasięgu ptaków łownych często decyduje wpływ klimatu na jaja lub pisklęta, a nie na osobniki dorosłe.
Identyfikacja czynników ograniczających jest bardzo ważna w w praktyce... Tak więc pszenica słabo rośnie na glebach kwaśnych, a wprowadzenie wapna do gleby może znacznie zwiększyć plony.
Ryż. 25.6. Beczka Liebiga. Czynnik niedoboru (najniższa dziura),
ogranicza
Punkty kontrolne
- Spośród wielu czynników środowiskowych, które wpływają na organizm, tylko niektóre charakteryzują się wartościami optymalnymi do życia.
- Zwierzęta i rośliny, grzyby i prokarionty adaptują się do warunków egzystencji w procesie ewolucji.
Przejrzyj pytania i zadania
- 1. Co nazywamy wąskim i szerokim zakresem wytrzymałości organizmów?
- 2. Co oznaczają terminy „organizmy odporne na zimno” i „termofilne”?
- 3. Jaka jest suma temperatur efektywnych?
- 4. Wyjaśnij, jak może objawiać się ograniczający wpływ czynnika środowiskowego.
- 5. Jak myślisz, dlaczego przystosowanie żywych organizmów do abiotycznych warunków środowiska nie może trwać wiecznie?
- 6. Opierając się na znajomości interakcji środowiskowych i czynnika ograniczającego, spróbuj stworzyć model sztucznego rolnictwa do uprawy roślin przez cały rok.
Czynniki środowiskowe zawsze działają na organizmy w kompleksie. Co więcej, rezultatem nie jest suma oddziaływania kilku czynników, ale złożony proces ich wzajemnego oddziaływania. Jednocześnie zmienia się żywotność organizmu, powstają specyficzne właściwości adaptacyjne, które pozwalają mu przetrwać w określonych warunkach, przenosić wahania wartości różnych czynników.
Wpływ czynników środowiskowych na organizm można przedstawić w postaci diagramu (ryc. 94).
Najkorzystniejszą intensywność czynnika ekologicznego dla organizmu nazywamy optymalnym lub optymalny.
Odchylenie od optymalnego działania czynnika prowadzi do stłumienia życiowej aktywności organizmu.
Granica, poza którą istnienie organizmu jest niemożliwe, nazywa się limit wytrzymałości.
Granice te są różne dla różnych gatunków, a nawet dla różnych osobników tego samego gatunku. Na przykład górne warstwy atmosfery, źródła termalne i lodowa pustynia Antarktydy są poza granicami wytrzymałości wielu organizmów.
Czynnikiem środowiskowym, który wykracza poza granice wytrzymałości organizmu, jest ograniczenie.
Ma górną i dolną granicę. Tak więc w przypadku ryb czynnikiem ograniczającym jest woda. Poza środowiskiem wodnym ich życie jest niemożliwe. Spadek temperatury wody poniżej 0 ° C to dolna granica, a wzrost powyżej 45 ° C to górna granica wytrzymałości.
Ryż. 94. Schemat działania czynnika ekologicznego na organizm
Zatem optimum odzwierciedla specyfikę warunków siedliskowych różnych gatunków. Zgodnie z poziomem najbardziej korzystnych czynników organizmy dzielą się na ciepłolubne, kochające wilgoć i odporne na suszę, kochające światło i tolerujące cień, przystosowane do życia w słonej i słodkiej wodzie itp. Szerszy granica wytrzymałości, tym bardziej plastyczny organizm. Co więcej, granica wytrzymałości w odniesieniu do różnych czynników środowiskowych w organizmach nie jest taka sama. Na przykład rośliny kochające wilgoć mogą tolerować duże zmiany temperatury, podczas gdy brak wilgoci jest dla nich destrukcyjny. Gatunki wąsko przystosowane są mniej plastyczne i mają niewielki limit wytrzymałości, gatunki szeroko przystosowane są bardziej plastyczne i charakteryzują się szerokim zakresem wahań czynników środowiskowych.
W przypadku ryb występujących w zimnych morzach Antarktydy i Oceanu Arktycznego tolerowany zakres temperatur wynosi 4–8 ° C. Wraz ze wzrostem temperatury (powyżej 10°C) przestają się poruszać i zapadają w odrętwienie termiczne. Z drugiej strony ryby w szerokościach równikowych i umiarkowanych tolerują wahania temperatury od 10 do 40 ° C. Zwierzęta stałocieplne mają szerszy zakres wytrzymałości. Na przykład lisy polarne w tundrze tolerują spadki temperatury od -50 do 30 ° C.
Rośliny w umiarkowanych szerokościach geograficznych wytrzymują wahania temperatury w zakresie 60–80 ° C, podczas gdy rośliny tropikalne mają znacznie węższy zakres temperatur: 30–40 ° C.
Interakcja czynników środowiskowych polega na tym, że zmiana intensywności jednego z nich może zawęzić granicę wytrzymałości do innego czynnika lub odwrotnie, zwiększyć ją. Na przykład optymalna temperatura zwiększa tolerancję na brak wilgoci i jedzenia. Wysoka wilgotność znacznie zmniejsza odporność organizmu na wysokie temperatury. Intensywność oddziaływania czynników środowiskowych jest wprost proporcjonalna do czasu trwania tego oddziaływania. Długotrwałe narażenie na wysokie lub niskie temperatury jest szkodliwe dla wielu roślin, podczas gdy krótkotrwałe spadki są normalnie tolerowane przez rośliny. Czynnikami ograniczającymi rośliny są skład gleby, obecność w niej azotu i innych składników odżywczych. Tak więc koniczyna rośnie lepiej na glebach ubogich w azot, a pokrzywa wręcz przeciwnie. Spadek zawartości azotu w glebie prowadzi do zmniejszenia odporności zbóż na suszę. Rośliny gorzej rosną na glebach zasolonych, wiele gatunków w ogóle nie zapuszcza korzeni. Zatem adaptacja organizmu do poszczególnych czynników środowiskowych jest indywidualna i może mieć zarówno szeroki, jak i wąski zakres wytrzymałości. Ale jeśli ilościowa zmiana przynajmniej jednego z czynników przekroczy granicę wytrzymałości, to pomimo sprzyjających innych warunków organizm umiera.
Zbiór czynników środowiskowych (abiotycznych i biotycznych), które są niezbędne do istnienia gatunku, nazywamy nisza ekologiczna.
Nisza ekologiczna charakteryzuje sposób życia organizmu, warunki jego bytowania i odżywiania. W przeciwieństwie do niszy pojęcie siedliska oznacza terytorium, na którym żyje organizm, czyli jego „adres”. Na przykład roślinożerni mieszkańcy stepów, krowa i kangur, zajmują tę samą niszę ekologiczną, ale mają inne siedliska. Wręcz przeciwnie, mieszkańcy puszczy - wiewiórki i łosie, które również są roślinożercami, zajmują różne nisze ekologiczne. Nisza ekologiczna zawsze determinuje rozmieszczenie organizmu i jego rolę w społeczności.
