Среда обитания и условия существования

 Через 18 суток в среде  обнаружили практически один  вид инфузории - Paramaecium ourelia. При этом ни один из организмов не нападал на другой и не выделял токсичных веществ. Просто Paramaecium aurelia отличается более высокой скоростью роста и размножения и побеждает второй вид. Эта закономерность получила название правила Гаузе. Правило Гаузе формируется так: два вида, обитающие на одной и той же территории, не могут иметь совершенно одинаковую экологическую нишу. Два близких вида избегают конкуренции каким-либо способом: имеют различия в суточной или сезонной активности, в пище и др. Так, большой и хохлатый бакланы кормятся в одних и тех же водах. Но большой баклан добывает пищу у дна (камбалы и креветки), а хохлатый ловит планктонную рыбу в верхних слоях воды. Если львы и леопарды живут на одной территории, то львы охотятся на крупных животных, а леопарды - на мелких. Близкородственные виды со сходными потребностями часто обитают в разных географических областях. Вероятно, действие естественного отбора в процессе эволюции направлено на предотвращение конфронтации видов со сходным образом жизни. Организмы воздействуют друг на друга и косвенно: бактерии формируют химический состав почв, воды; растения влияют на микроклимат и прочие физические факторы и т. д. При вымирании каких-то видов могут перестать существовать зависящие от них другие виды. Информация об экологических нишах позволяет управлять домашними и дикими видами растений и животных как источниками пищевых и иных ресурсов. Кроме того, она помогает прогнозировать последствия изъятия или внедрения того или иного вида в экосистемы. Антропогенные факторы - это совокупность различных воздействий человека на неживую и живую природу. Только самим своим физическим существованием люди оказывают заметное влияние на среду обитания: в процессе дыхания они ежегодно выделяют в атмосферу 1-1012 кг С02, а с пищей потребляют свыше 5-1015 ккал. В значительно большей степени на биосферу влияет производственная деятельность людей. В результате нее изменяются рельеф, состав земной коры и атмосферы, климат, происходит перераспределение пресной воды, исчезают естественные экосистемы и создаются искусственные агро- и техноэкосистемы, возделываются культурные растения, одомашниваются животные и т.д. Воздействие человека может быть прямым и косвенным. Например, вырубка и раскорчевка леса оказывают не только прямое действие, но и опосредованное - изменяются условия существования птиц и зверей. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц, свыше 100 видов млекопитающих и множество других видов растений и животных. Но, с другой стороны, он создает новые сорта растений и породы животных, увеличивает их урожайность и продуктивность. Искусственное переселение растений и животных также оказывает влияние на жизнь экосистем. Так, кролики, завезенные в Австралию, размножились настолько, что причинили огромный ущерб сельскому хозяйству. Наиболее очевидное проявление антропогенного влияния на биосферу - загрязнение окружающей среды. Значение антропогенных факторов постоянно растет, по мере того как человек все больше подчиняет себе природу. Воздействие их так велико, что породило новую дисциплину - «Охрана окружающей среды», экологические принципы которой рассматриваются во второй части учебника - «Основы прикладной экологии». Приведенное разделение экологических факторов на три группы, конечно, условно. Оно не может охватить всю сложность взаимоотношений организмов между собой и с окружающей средой. Предложены и другие классификации экологических факторов. По мнению А. С. Мончадского (1962), например, экологические факторы следует подразделять на две группы: изменяющиеся закономерно, периодически и изменяющиеся без каких-либо закономерностей1.

2. Лимитирующие факторы 

     Представление о лимитирующих факторах основывается на двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности. Закон минимума. Б середине прошлого века немецкий симик Ю. Либих (1840), изучая влияние питательных веществ на doct растений, обнаружил, что урожай зависит не от тех элементов питания, которые требуются в больших количествах и присутствуют в изобилии (например, СО2 и Н2О), а от тех, которые, хотя и нужны растению в меньших количествах, но фактически отсутствуют в почве или недоступны (например, фосфор, цинк, бор).

 Эту закономерность  Либих сформулировал так: «Рост  растения зависит от того элемента  питания, который присутствует в  минимальном количестве». Позднее этот вывод стал известен как закон минимума Либиха и был распространён на многие экологические факторы. Ограничивать, или лимитировать развитие организмов могут и тепло, и свет, и вода, и кислород, и другие факторы, если их качение соответствует экологическому минимуму. Например, тропическая рыба морской ангел погибает, если температура воды опустится ниже 16 °С. А развитие водорослей в глубоководных экосистемах лимитируется глубиной проникновения солнечного света: в придонных слоях водорослей нет. Закон минимума Либиха в общем виде можно сформулировать так: рост и развитие организма зависит, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значения которых приближается к экологическому минимуму. Исследования показали, что закон минимума имеет два ограничения, которые следует учитывать при практическом применении. Первое ограничение состоит в том, что закон Либиха строго применим лишь в условиях стационарного состояния системы. Например, в некотором водоеме рост водорослей ограничивается в естественных условиях недостатком фосфатов. Соединения азота при этом содержатся в воде в избытке. Если в этот водоем начнут сбрасывать сточные воды с высоким содержанием минерального фосфора, то водоем может «зацвести». Этот процесс будет прогрессировать до тех пор, пока один из элементов не израсходуется до ограничительного минимума. Теперь это может быть азот, если фосфор продолжает поступать. В переходный же момент (когда азота еще достаточно, а фосфора уже достаточно) эффекта минимума не наблюдается, т. е. ни один из этих элементов не влияет на рост водорослей. Второе ограничение связано с взаимодействием нескольких факторов. Иногда организм способен заменить дефицитный элемент другим, химически близким. Так, в местах, где много стронция, в раковинах моллюсков он может заменять кальций при недостатке последнего. Или, например, потребность в цинке у некоторых растений снижается, если они растут в тени. Следовательно, низкая концентрация цинка меньше будет лимитировать рост растений в тени, чем на ярком свету. В этих случаях лимитирующее действие даже недостаточного количества того или иного элемента может не проявляться. Закон толерантности был открыт английским биологом В. Шелфордом (1913), который обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом. Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недостаток. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом В. Шелфорд назвал пределом толерантности. Предел толерантности описывает амплитуду колебаний факторов, которая обеспечивает наиболее полноценное существование популяции. Отдельные особи могут иметь несколько иные диапазоны толерантности. Данная конкретная рыба, возможно, выдерживает более высокие или более низкие температуры или количества ядовитых веществ. Позднее были установлены пределы толерантности относительно различных экологических факторов для многих растений и животных. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда помогли понять многие явления и распределение организмов в природе. Организмы не могут быть распространены повсюду потому, что популяции имеют определенный предел толерантности по отношению к колебаниям экологических факторов окружающей среды.  Закон толерантности В. Шелфорда формулируется так: рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму2.

3. Взаимодействие  и компенсация факторов

         В природе экологические факторы деист» вуют не независимо друг от друга – они взаимодействуют. Анализ влияния одного фактора на организм или сообщество не самоцель, а способ оценки сравнительной значимости различных условий, действующих совместно в реальных экосистемах. Совместное влияние факторов можно рассмотреть на примере зависимости смертности личинок крабов от температуры, солености и присутствия кадмия (рис. 2). При отсутствии кадмия экологический оптимум (минимальная смертность) наблюдается в интервале температур от 20 до 28°С и солености – от 24 до 34 %0. Если в воду добавляется токсичный для ракообразных кадмий, то экологический оптимум смещается: температура лежит в интервале от 13 до 26°С, а соленость - от 25 до 29%. Изменяются и пределы толерантности. Разница между экологическим максимумом и минимумом для солености после добавки кадмия уменьшается с 11- 47% до 14-40%. Предел толерантности для температурного фактора, наоборот, расширяется с 9 - 38°С до 0 - 42°С. Температура и влажность - самые важные климатические факторы в наземных местообитаниях. Взаимодействие этих двух факторов, по существу, формирует два основных типа климата: морской и континентальный. Водоемы смягчают климат суши, так как вода обладает высокими удельной теплотой плавления и теплоемкостью. Поэтому морскому климату свойственны менее резкие колебания температуры и влажности, чем континентальному.

Рис 2. Влияние температуры, солёности и кадмия на смертность личинок крабов:

Воздействие температуры и влажности на организмы также зависит от соотношения их абсолютных значений. Так, температура оказывает более выраженное лимитирующее влияние, если влажность очень велика или очень мала. Каждому известно, что высокие и низкие температуры переносятся хуже при высокой влажности, чем при умеренной. Взаимосвязь температуры и влажности как основных климатических факторов часто изображают в виде графиков - климограмм, позволяющих наглядно сравнивать различные годы и районы и прогнозировать продукцию растений или животных для тех или иных климатических условий. Организмы не являются рабами среды.

 Они приспосабливаются  к условиям существования и  изменяют их, т.е. компенсируют отрицательное  воздействие экологических факторов. Компенсация экологических факторов – это стремление организмов ослабить лимитирующее действие физических, биотических и антропогенных влияний. Компенсация факторов возможна на уровне организма и вида, но наиболее эффективна на уровне сообщества. При разных температурах один и тот же вид, имеющий широкое географическое распространение, может приобретать физиологические и морфологические (гр. morphe - форма, очертание) особенности, адаптированные к местным условиям. Например, у животных уши, хвосты, лапы тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат. Эта закономерность называется правилом Аллена (1877), согласно которому выступающие части тела теплокровных животных увеличиваются по мере продвижения с севера на юг, что связано с адаптацией к поддержанию постоянной температуры тела в различных климатических условиях. Так, у лисиц, живущих в Сахаре, длинные конечности и огромные уши; европейская лисица более приземиста, уши у нее намного короче; а у арктической лисицы – песца – очень маленькие ушки и короткая морда. У животных с хорошо развитой моторной активностью компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению. Так, ящерицы не боятся резких охлаждений, потому что днем они выходят на солнце, а ночью прячутся под нагретые камни. Возникающие в процессе адаптации изменения часто генетически закрепляются. На уровне сообщества компенсация факторов может осуществляться сменой видов по градиенту условий среды; например, при сезонных изменениях происходит закономерная смена видов растений. Естественную периодичность изменений экологических факторов организмы используют также для распределения функций во времени. Они «программируют» жизненные циклы таким образом, чтобы максимально использовать благоприятные условия. Наиболее ярким примером является поведение организмов в зависимости от длины дня – фотопериода. Амплитуда длины дня возрастает с географической широтой, что позволяет организмам учитывать не только время года, но и широту местности. Фотопериод – это «реле времени», или пусковой механизм последовательности физиологических процессов. Он определяет цветение растений, линьку, миграцию и размножение у птиц и млекопитающих и т.д. Фотопериод связан с биологическими часами и служит универсальным механизмом регулирования функций во времени. Биологические часы связывают ритмы экологических факторов с физиологическими ритмами, позволяя организмам приспосабливаться к суточной, сезонной, приливно-отливной и другой динамике факторов. Изменяя фотопериод, можно вызывать и изменения функций организма. Так, цветоводы, изменяя световой режим в теплицах, получают внесезонное цветение растений. Если после декабря сразу увеличить длину дня, то это может вызвать явления, происходящие весной: цветение растений, линьку у животных и т. д. V многих высших организмов адаптации к фотопериоду закрепляются генетически, т. е. биологические часы могут работать и при отсутствии закономерной суточной или сезонной динамики. Таким образом, смысл анализа условий среды не в том, чтобы составить необъятныйт перечень экологических факторов, а в том, чтобы обнаружить функционально важные, лимитирующие факторы и оценить, в какой степени состав, структура и функции экосистем зависят от взаимодействия этих факторов. Только в этом случае удается достоверно прогнозировать результаты изменений и нарушений и управлять экосистемами3.

4. Антропогенные  лимитирующиефакторы

      В качестве примеров антропогенных лимитирующих факторов, позволяющих управлять природными и созданными человеком экосистемами, удобно рассмотреть пожары и антропогенный стресс. Пожары как антропогенный фактор чаще оцениваются только негативно. Исследования в последние 50 лет показали, что естественные пожары могут являться как бы частью климата во многих наземных местообитаниях. Они влияют на эволюцию флоры и фауны. Биотические сообщества «научились» компенсировать этот фактор и адаптируются к нему, как к температуре или влажности. Пожар можно рассматривать и изучать как экологический фактор, наряду с температурой, осадками и почвой. При правильном использовании огонь может быть ценным экологическим инструментом. Некоторые племена выжигали леса для своих нужд еще задолго до того, как люди стали планомерно и целенаправленно изменять окружающую среду. Пожар - очень важный фактор в том числе и потому, что человек может его контролировать в большей степени, чем другие лимитирующие факторы. Трудно найти участок земли, особенно в районах с засушливыми периодами, где бы не случился пожар хотя бы раз за 50 лет. Чаще всего причиной пожаров в природе является удар молнии. Пожары бывают различных типов и приводят к разным последствиям. Верховые, или «дикие» пожары обычно очень интенсивны и не поддаются сдерживанию. Они уничтожают крону деревьев и разрушают всю органику почвы. Пожары такого типа оказывают лимитирующее действие почти на все организмы сообщества. Должно пройти много лет, пока участок вновь восстановится. Низовые пожары совершенно иные. Они обладают избирательным действием: для одних организмов оказываются более лимитирующими, чем для других. Таким образом, низовые пожары способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к их последствиям. Они могут быть естественными или специально организованными человеком. Например, плановое выжигание в лесу предпринимается с целью устранить конкуренцию для ценной породы болотной сосны со стороны лиственных деревьев. Болотная сосна, в отличие от лиственных пород, устойчива к огню, так как верхушечная почка ее сеянцев защищена пучком длинных плохо горящих иголок. При отсутствии пожаров поросль лиственных деревьев заглушает сосну, а также злаки и бобовые. Это приводит к угнетению куропаток и мелких травоядных животных. Поэтому девственные сосновые леса с обильной дичью являются экосистемами «пожарного» типа, т. е. нуждающимися в периодических низовых пожарах.

 В данном случае  пожар не ведет к потере  питательных элементов почвой, не  вредит муравьям, насекомым и мелким млекопитающим. Азотфиксирующим бобовым небольшой пожар даже полезен. Выжигание проводится вечером, чтобы ночью пожар был потушен росой, а узкий фронт огня можно было легко перешагнуть. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий по превращению отмерших остатков в минеральные питательные вещества, пригодные для нового поколения растений. С этой же целью весной и осенью часто сжигают опавшую листву. Плановое выжигание - пример управления природной экосистемой с помощью лимитирующего экологического фактора. Решение вопроса о том, следует ли полностью исключить возможность пожаров или огонь надо использовать как фактор управления, должно целиком зависеть от того, какой тип сообщества желателен на этом участке. Американский эколог Г. Стоддард (1936) одним из первых выступил «в защиту» контролируемых плановых выжиганий для увеличения продукции ценной древесины и дичи еще в те времена, когда с точки зрения лесоводов любой пожар считался вредным. Тесная связь выгорания с составом трав играет ключевую роль в поддержании удивительного разнообразия антилоп и поедающих их хищников в восточно-африканских саваннах. Положительно влияют пожары на многие злаковые, так как точки роста их и запасы энергии находятся под землей. После выгорания сухих надземных частей элементы питания быстро возвращаются в почву, и травы пышно вырастают.

      Природные ресурсы – это тела и силы природы, которые на данном этапе развития производительных сил общества могут быть использованы в качестве предметов потребления или средств производства, и общественная полезность которых изменяется (прямо или косвенно) под воздействием деятельности человека.4

Заключение

Экология – жизненно важная для человека наука, изучающая его непосредственное природное окружение. Человек, наблюдая природу и присущую ей гармонию, невольно стремился внести эту гармонию в свою жизнь. Это желание стало особенно острым лишь сравнительно недавно, после того как сделались очень заметными последствия неразумной хозяйственной деятельности, приводящие к разрушению природной среды. А это в конечном итоге оказало неблагоприятное влияние на самого человека. Следует помнить, что экология – фундаментальная научная дисциплина, идеи которой имеют очень важное значение. И если мы признаем важность этой науки, нам надо научиться правильно пользоваться ее законами, понятиями, терминами. Ведь они помогают людям определять свое место в окружающей их среде, правильно и рационально использовать природные богатства. Доказано, что использование человеком природных богатств при полном незнании законов природы часто приводит к тяжелым, непоправимым последствиям.

       Основы экологии как науки о нашем общем доме – Земле, должен знать каждый человек планеты. Знания основ экологии помогут разумно строить свою жизнь и обществу, и отдельному человеку; они помогут каждому ощутить себя частью великой Природы, достичь гармонии и комфорта там, где ранее шла неразумная борьба с природными силами.

Список литературы

3. Бигон М. Экология.- М.: Мир, 2003.
4. Кормилицын М. С. Основы экологии. - М.: МПУ, 2002.
5. Воронцов А. И., Щетинский Е. А., Никодимов И. Д. Охрана природы. – М.: Агропромиздат, 2004.
6. Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Карамзинов Ф.В., Неверова-Дзиопак Е.В.,Усанов Б.П., Жукова Л.И. Экология. Учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2001.
7. Макевнин С. Г., Вакулин А. А.. Охрана природы. – М.: Агропромиздат, 2002.
8. Экология и природопользование. Учебник / Под ред. Алескина А.А. – М.: Инфра-М, 2003.
9. Экология. Е.А.Криксунов. – М.: Инфра-М, 2005.

1 Экология и природопользование. Учебник / Под ред. Алескина А.А. – М.: Инфра-М, 2003.С.325.