Значение отдельных экологических факторов

На плотность жизни организмов регулирующее влияние оказывает комплекс факторов: свет, температура, вода, минеральные питательные вещества и другие абиотические факторы.

Свет

Свет — основной источник энергии на Земле. Он в форме солнечной радиации обеспечивает все жизненные процессы на Земле.

В спектре солнечного излучения различают лучи:

• ультрафиолетовые — обладают высокой химической активностью и в небольших дозах полезны
• видимые — обеспечивают синтез органических веществ растениями
• инфракрасные — являются источником тепловой энергии

Чрезвычайную роль играет продолжительность воздействия света (фотопериод) — этот мощный стимул активности организмов, получивший название фотопериодизма (от гр. «фотос» — свет + гр. «периодос» — обход, круговращение) — реакция организма на смену дня и ночи, проявляющаяся в колебаниях интенсивности физиологических процессов.

Как проявление приспособительных реакций на смену дня и ночи у животных и человека наблюдаются суточная ритмичность интенсивности обмена веществ, частоты дыхания, сердечных сокращений, уровня кровяного давления, температуры тела (биоритмика).

Исследование биоритмов имеет большое значение для разработки мер по облегчению адаптации (приспособления) человека к новым условиям.

На закономерностях фотопериодизма, связанных не только со сменой дня и ночи и их продолжительностью, но и сезонными изменениями, основано круглогодичное выращивание овощных и декоративных культур в теплицах и оранжереях с использованием дополнительного освещения.

Температура

Температура — важный фактор, влияющий на рост, развитие, размножение, дыхание, синтез органических веществ и другие жизненно важные для организмов процессы.

У каждого вида животных, растений и микроорганизмов выработались необходимые приспособления как к высоким, так и к низким температурам.

Верхний предел выносливости организмов в отношении температурного фактора не превышает 40-45°С. Оптимум составляет 15-30°С.

Отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться при температуре 80-88°С.

Различают организмы с непостоянной температурой тела — пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела — гомойотермные.

Пойкилотермные (холоднокровные) животные с наступлением холодов погружаются в спячку или впадают в состояние анабиоза (резкое замедление жизненных процессов при сохранении способности к оживлению).

Гомойотермные (теплокровные) животные могут переносить неблагоприятные условия в активном состоянии.

Вода

Вода — играет исключительную роль в поддержании жизни на Земле. Поддержание воды на достаточно постоянном уровне составляет одну из основных физиологических функций любого организма.

В зависимости от режима влаги растения в местах их обычного произрастания разделяются на:

• гигрофиты — растения избыточно увлажненных мест;
• мезофиты — растения достаточно увлажненных мест;
• ксерофиты — растения сухих мест обитания.

Группы водных растений — гидрофиты обитают в водной среде (стрелолист, элодея, роголистник).

Для большинства наземных организмов недостаток влаги является ограничивающим фактором.

Другие факторы внешней среды и равновесие в природе

На жизнедеятельность надземных организмов оказывает влияние газовый состав атмосферы, главными составными частями которого являются кислород, водород, углекислый газ и азот. Углекислый газ необходим зеленым растениям для осуществления фотосинтеза.

Обитатели водоемов — гидробионты, имеют определенные приспособления для проживания в водной среде. Среди гидробионтов выделяют такие группы организмов:

• планктон — обитатели в толще воды, неспособные противостоять течениям;
• нектон — обитатели толщи воды, способные активно передвигаться;
• бентос — обитатели дна водоема;  перифтон — организмы, образующие наросты на различных предметах в толще воды;
• нейстон — организмы, населяющие поверхность воды.

Среди экологических факторов, определяющих ту или иную адаптацию к водной среде, значительная роль отводится температуре, освещенности, солености водоема и т. д.

Специфические адаптации имеют организмы — прокариоты, грибы, водоросли, некоторые животные, обитающие в различных слоях почвы.

Особой средой обитания являются организмы, в которых живут другие организмы. На них факторы внешней среды непосредственного влияния не оказывают, а только через хозяина.

Все формы сожительства организмов разных видов называют симбиозом. В зависимости от характера взаимосвязей различают такие виды, как паразитизм, комменсализм, мутуализм.

Одним из наиболее общих явлений в природе является сезонная периодичность, обусловленная вращением Земли вокруг Солнца и своей оси, что приводит к смене светового режима, температуры, влажности воздуха, морских приливов и отливов. В соответствии с сезонными изменениями в организмах сформировались адаптивные биологические ритмы: суточные, приливо-отливные, сезонные, годичные. Осуществление биологических ритмов связано с таким явлением, как «биологические часы» — способность организмов ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.

Изучение характера биологических ритмов имеет большое значение при организации рационального режима труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (в космосе, в полярных условиях, при быстром перемещении в другие часовые пояса и др.). Эти вопросы изучает наука биоритмология.

Каждый биологический вид (определение понятия «вид> и его критерии см. в главе «Историческое развитие органического мира») в процессе исторического развития (онтогенеза) приспосабливается к условиям обитания, вступая в разнообразные взаимосвязи с другими видами (биоценотические связи), что, в свою очередь, определяет его ареал (граница распространения вида) и экологическую нишу — присущее каждому виду место в биогеоценозе, являющееся результатом его взаимодействия с абио- и биотическими факторами среды.

Каждый биологический вид существует в форме популяций. Популяциями называют совокупность особей, которые свободно скрещиваются между собой (обладают общим генофондом) и занимают определенную территорию. Контакты между особями внутри одной популяции более часты, чем между особями разных популяций. Внутри популяции можно выделить мелкие подразделения (семьи, демы — от гр. «демос» — народ, население — локальная популяция). Популяции разных видов, сосуществующих в одном месте, образуют в своей совокупности сообщество (биоценоз).

Популяции характеризуются общей численностью особей, плотностью (числом особей на единице площади), характером пространственного распределения особей, а также упорядоченностью структуры.

Структура популяций проявляется в определенном количественном соотношении особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и т. д. Соответственно различают возрастную, половую, размерную, генетическую, этологическую и другие структуры популяций.

Популяция является функциональной единицей, которая сохраняется как целое, в то время как части ее постоянно замещаются в результате процессов рождения и иммиграции или смерти и иммиграции.

Имеются приспособительные механизмы, которые контролируют и регулируют замещение индивидуумов в популяции: волны жизни (популяционные или сезонные).

Благодаря действию этих механизмов популяция находится в устойчивом состоянии. Их действие обеспечивает сохранение такого размера популяций, при котором поступление доступной энергии, необходимое для выживания популяций, не превышает некоторого предела.

У некоторых животных плотность популяции регулируется сложными поведенческими и физиологическими механизмами, а также путем перестройки генетической структуры популяции. Динамика численности природных популяций определяется как абиотическими, так и биотическими факторами. Популяции приспосабливаются не только к физическим условиям окружающей среды, но и к популяциям организмов других видов.

Результатом всех этим сложных отношений является тонко регулируемое «равновесие в природе», получившее название гомеостаз. В соответствии с законом Харди-Вайнберга частоты генов в популяции остаются неизменными при условии свободного скрещивания и отсутствии давления факторов внешней среды.