Factori de mediu Este un complex de condiții de mediu care afectează organismele vii. Distinge factori neînsuflețiți- abiotice (climatice, edafice, orografice, hidrografice, chimice, pirogenice), factorii faunei sălbatice- factori biotici (fitogeni și zoogeni) și antropici (impactul activității umane). Factorii limitatori includ orice factori care limitează creșterea și dezvoltarea organismelor. Adaptarea unui organism la mediul său se numește adaptare. Aspectul exterior al unui organism, care reflectă adaptabilitatea acestuia la condițiile de mediu, se numește formă de viață.
Conceptul de factori de mediu ai mediului, clasificarea acestora
Componentele individuale ale habitatului care afectează organismele vii, la care reacționează cu reacții de adaptare (adaptări), se numesc factori de mediu sau factori ecologici. Cu alte cuvinte, se numește complexul de condiții de mediu care afectează activitatea vitală a organismelor factorii de mediu ai mediului.
Toți factorii de mediu sunt împărțiți în grupuri:
1. includ componente și fenomene de natură neînsuflețită, care afectează direct sau indirect organismele vii. Printre mulți factori abiotici, rolul principal este jucat de:
- climatice(radiația solară, condițiile de lumină și lumină, temperatură, umiditate, precipitații, vânt, presiune atmosferică etc.);
- edafic(structura mecanică și compoziția chimică a solului, capacitatea de umiditate, apa, aerul și condițiile termice ale solului, aciditatea, umiditatea, compoziția gazelor, nivelul apei subterane etc.);
- orografice(relief, expunerea pantei, abruptul pantei, diferența de înălțime, înălțimea deasupra nivelului mării);
- hidrografic(transparența apei, fluiditatea, debitul, temperatura, aciditatea, compoziția gazului, conținutul de substanțe minerale și organice etc.);
- chimic(compoziția gazelor atmosferice, compoziția sării apei);
- pirogen(expunerea la foc).
2. - un ansamblu de relaţii între organismele vii, precum şi influenţele reciproce ale acestora asupra mediului. Acțiunea factorilor biotici poate fi nu numai directă, ci și indirectă, exprimată în corectarea factorilor abiotici (de exemplu, modificări ale compoziției solului, microclimatul sub coronamentul pădurii etc.). Factorii biotici includ:
- fitogenic(influența plantelor între ele și asupra mediului);
- zoogenic(influența animalelor unele asupra altora și asupra mediului).
3. Reflectați influența intensă a omului (direct) sau a activității umane (indirect) asupra mediului și a organismelor vii. Acești factori includ toate formele de activitate umană și societatea umană, care duc la o schimbare a naturii ca habitat și a altor specii și le afectează direct viața. Fiecare organism viu este influențat de natura neînsuflețită, de organisme ale altor specii, inclusiv de oameni, și, la rândul său, afectează fiecare dintre aceste componente.
Influența factorilor antropici în natură poate fi atât conștientă, cât și accidentală, sau inconștientă. Omul, arătând pământuri virgine și de pânză, creează terenuri agricole, dezvoltă forme foarte productive și rezistente la boli, așează unele specii și le distruge pe altele. Aceste influențe (conștiente) sunt adesea negative în natură, de exemplu, relocarea necugetată a multor animale, plante, microorganisme, distrugerea prădătoare a unui număr de specii, poluarea mediului etc.
Factorii biotici ai mediului se manifestă prin relația dintre organismele care fac parte dintr-o singură comunitate. În natură, multe specii sunt strâns interconectate; relația lor între ele ca componente ale mediului poate fi extrem de complexă. Cât priveşte legăturile dintre comunitate şi mediul anorganic, acestea sunt întotdeauna bilaterale, reciproce. Astfel, natura pădurii depinde de tipul corespunzător de sol, dar solul în sine se formează în mare măsură sub influența pădurii. În mod similar, temperatura, umiditatea și iluminarea din pădure sunt determinate de vegetație, dar condițiile climatice formate, la rândul lor, afectează comunitatea de organisme care trăiesc în pădure.
Impactul factorilor de mediu asupra organismului
Impactul habitatului este perceput de organisme prin intermediul unor factori de mediu numiti ecologice. Trebuie remarcat faptul că factorul de mediu este doar un element schimbător al mediului, provocând în organisme, cu schimbarea sa repetată, reacții ecologice și fiziologice adaptative receptive, fixate ereditar în procesul de evoluție. Ele sunt împărțite în abiotice, biotice și antropice (Fig. 1).
Ei numesc întregul set de factori ai mediului anorganic care afectează viața și distribuția animalelor și plantelor. Se disting între ele: fizice, chimice și edafice.
Factori fizici - cele a căror sursă este o stare fizică sau un fenomen (mecanic, ondulatoriu etc.). De exemplu, temperatura.
Factori chimici- cele care provin din compoziţia chimică a mediului. De exemplu, salinitatea apei, conținutul de oxigen etc.
Factori edafici (sau solului). sunt un set de proprietăți chimice, fizice și mecanice ale solurilor și rocilor care afectează atât organismele pentru care sunt habitat, cât și sistemul radicular al plantelor. De exemplu, influența nutrienților, umiditatea, structura solului, conținutul de humus etc. asupra cresterii si dezvoltarii plantelor.
Orez. 1. Schema impactului habitatului (mediului) asupra organismului
- factori ai activității umane care afectează mediul natural (și hidrosferele, eroziunea solului, defrișările etc.).
Factori de mediu limitatori (limitatori). sunt numiți factori care limitează dezvoltarea organismelor din cauza lipsei sau excesului de nutrienți în comparație cu necesarul (conținut optim).
Deci, atunci când se cultivă plante la temperaturi diferite, punctul în care se observă creșterea maximă va fi optim. Se numește întregul interval de temperatură, de la minim la maxim, la care creșterea este încă posibilă interval de stabilitate (rezistență), sau toleranţă. Punctele care o delimitează, de ex. temperaturile maxime și minime adecvate pentru viață, sunt limitele de stabilitate. Între zona optimă și limitele de rezistență, pe măsură ce se apropie de aceasta din urmă, planta se confruntă cu un stres crescând, adică. este vorba despre zonele de stres sau zonele de opresiune,în intervalul de stabilitate (Fig. 2). Pe măsură ce te îndepărtezi de la scară optimă în jos și în sus, nu numai că stresul crește, dar când limitele stabilității organismului sunt atinse, acesta moare.
Orez. 2. Dependenţa acţiunii factorului de mediu de intensitatea acestuia
Astfel, pentru fiecare specie de plante sau animale, există zone optime, de stres și limite de rezistență (sau anduranță) în raport cu fiecare factor al habitatului. Atunci când factorul este aproape de limitele de anduranță, corpul poate exista de obicei doar pentru o perioadă scurtă de timp. Într-o gamă mai restrânsă de condiții, existența și creșterea pe termen lung a indivizilor este posibilă. Reproducerea are loc chiar și într-un interval mai restrâns, iar specia poate exista la infinit. De obicei, undeva la mijlocul intervalului de rezistență, există condiții care sunt cele mai favorabile pentru viață, creștere și reproducere. Aceste condiții sunt numite optime, în care indivizii unei anumite specii se dovedesc a fi cei mai adaptați, adică. lasă cel mai mare număr de descendenţi. În practică, este dificil să se identifice astfel de condiții, prin urmare, optimul este de obicei determinat de indicatori individuali ai activității vitale (rata de creștere, supraviețuire etc.).
Adaptare constă în adaptarea organismului la condiţiile mediului.
Capacitatea de adaptare este una dintre proprietățile de bază ale vieții în general, oferind posibilitatea existenței acesteia, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri - de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Toate adaptările organismelor la existența în diferite condiții s-au dezvoltat istoric. Ca urmare, s-au format grupări de plante și animale specifice fiecărei zone geografice.
Adaptările pot fi morfologic, când structura organismului se modifică până la formarea unei noi specii și fiziologic, când apar modificări în funcționarea organismului. Colorația adaptativă a animalelor este strâns legată de adaptările morfologice, de capacitatea de a o modifica în funcție de iluminare (chip, cameleon etc.).
Sunt cunoscute exemple de adaptare fiziologică - hibernarea animalelor, migrațiile sezoniere ale păsărilor.
Foarte importante pentru organisme sunt adaptări comportamentale. De exemplu, comportamentul instinctiv determină acțiunea insectelor și a vertebratelor inferioare: pești, amfibieni, reptile, păsări etc. Acest comportament este programat genetic și moștenit (comportament înnăscut). Aceasta include: modul de a construi un cuib la păsări, de împerechere, de creștere a urmașilor etc.
Există, de asemenea, o comandă dobândită primită de un individ în cursul vieții sale. Educaţie(sau învăţare) - principalul mod de transmitere a comportamentului dobândit de la o generație la alta.
Capacitatea unui individ de a-și gestiona abilitățile cognitive pentru a supraviețui schimbărilor neașteptate din mediu este inteligență. Rolul învățării și inteligenței în comportament crește odată cu îmbunătățirea sistemului nervos - o creștere a cortexului cerebral. Pentru oameni, acesta este mecanismul definitoriu al evoluției. Proprietatea speciilor de a se adapta la o anumită gamă de factori de mediu este indicată de concept misticismul ecologic al speciei.
Efectul combinat al factorilor de mediu asupra organismului
Factorii de mediu acționează de obicei nu pe rând, ci într-o manieră complexă. Acțiunea oricărui factor depinde de puterea influenței altora. Combinația diferiților factori are un efect vizibil asupra condițiilor optime de viață ale organismului (vezi Fig. 2). Acțiunea unui factor nu înlocuiește acțiunea altuia. Cu toate acestea, sub influența complexă a mediului, este adesea posibil să se observe „efectul de substituție”, care se manifestă prin similitudinea rezultatelor influenței diferiților factori. Deci, lumina nu poate fi înlocuită cu excesul de căldură sau o abundență de dioxid de carbon, dar, acționând asupra schimbărilor de temperatură, este posibilă suspendarea, de exemplu, a fotosintezei plantelor.
În influența complexă a mediului, influența diferiților factori pentru organisme este inegală. Ele pot fi împărțite în majore, concomitente și minore. Factorii determinanți sunt diferiți pentru diferite organisme, chiar dacă trăiesc în același loc. În rolul factorului conducător în diferite etape ale vieții organismului, pot acționa unul sau alte elemente ale mediului. De exemplu, în viața multor plante cultivate, cum ar fi cerealele, în perioada de germinare, factorul principal este temperatura, în perioada de creștere și înflorire - umiditatea solului, în perioada de coacere - cantitatea de nutrienți și umiditatea aerului. Rolul factorului conducător se poate schimba în diferite perioade ale anului.
Factorul principal poate să nu fie același pentru aceeași specie care trăiește în condiții fizice și geografice diferite.
Conceptul de factori conducători nu trebuie confundat cu conceptul de o. Factorul, al cărui nivel în termeni calitativi sau cantitativi (deficiență sau exces) este aproape de limitele de rezistență ale organismului dat, numită limitare. Acţiunea factorului limitator se va manifesta şi în cazul în care alţi factori de mediu sunt favorabili sau chiar optimi. Atât factorii de mediu conducători, cât și cei secundari pot acționa ca factori limitatori.
Conceptul de factori limitatori a fost introdus în 1840 de către chimistul 10. Liebig. Studiind efectul asupra creșterii plantelor al conținutului de diferite elemente chimice din sol, el a formulat principiul: „Substanța, care este la minimum, controlează randamentul și determină dimensiunea și stabilitatea acestuia din urmă în timp”. Acest principiu este cunoscut sub numele de legea minimului a lui Liebig.
Factorul limitativ poate fi nu numai o lipsă, după cum a subliniat Liebig, ci și un exces de factori precum căldura, lumina și apa. După cum sa menționat mai devreme, organismele se caracterizează printr-un minim și un maxim ecologic. Intervalul dintre aceste două valori se numește de obicei limite de stabilitate sau toleranță.
În general, întreaga complexitate a influenței factorilor de mediu asupra organismului reflectă legea toleranței a lui W. Shelford: absența sau imposibilitatea prosperității este determinată de lipsa sau, dimpotrivă, excesul oricăruia dintre o serie de factori, al cărui nivel poate fi apropiat de limitele tolerate de organismul dat (1913). Aceste două limite se numesc limite de toleranță.
Au fost efectuate numeroase studii privind „ecologia toleranței”, datorită cărora au devenit cunoscute limitele existenței multor plante și animale. Un exemplu este efectul unei substanțe care poluează aerul atmosferic asupra corpului uman (Fig. 3).
Orez. 3. Influenta unei substante care polueaza aerul atmosferic asupra organismului uman. Max - activitate vitală maximă; Adaugă - activitate vitală permisă; Opt - concentrația optimă (care nu afectează activitatea vitală) a substanței nocive; MPC - concentrația maximă admisă a unei substanțe care nu modifică semnificativ activitatea vitală; Ani - concentrare letală
Concentrația factorului de influență (substanță nocivă) din Fig. 5.2 este desemnat prin simbolul C. La valorile concentrației C = C ani, o persoană va muri, dar modificări ireversibile în corpul său vor avea loc la valori semnificativ mai mici de C = C max. În consecință, domeniul de toleranță este limitat tocmai de valoarea C pdc = C lim. Prin urmare, C max este necesar să se determine experimental pentru fiecare compus chimic poluant sau nociv și să nu se permită depășirea lui C plc într-un anumit habitat (mediu de viață).
În protecția mediului, așa este limitele superioare ale stabilității organismului la substanţe nocive.
Astfel, concentrația reală a poluantului C fact nu trebuie să depășească C max (C fact ≤ C max = C lim).
Valoarea conceptului de factori limitatori (Lim) este că oferă ecologistului un punct de plecare în studiul situațiilor complexe. Dacă un organism se caracterizează printr-o gamă largă de toleranță la un factor care este relativ constant și este prezent în mediu în cantități moderate, atunci acest factor este cu greu limitativ. Dimpotrivă, dacă se știe că un anumit organism are o gamă îngustă de toleranță la un factor variabil, atunci acest factor merită un studiu atent, deoarece poate fi limitativ.
Adaptările organismelor la mediu se numesc adaptări. Capacitatea de adaptare este una dintre proprietățile de bază ale vieții în general, deoarece oferă însăși posibilitatea existenței sale, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Adaptările apar și se schimbă în timpul evoluției speciilor.
Proprietățile individuale sau elementele mediului care afectează organismele sunt numite factori de mediu. Factorii de mediu sunt diverși. Ele pot fi necesare sau, dimpotrivă, dăunătoare viețuitoarelor, facilitează sau împiedică supraviețuirea și reproducerea. Factorii de mediu sunt de natură și specificitate diferită de acțiune. Factorii de mediu sunt împărțiți în abiotici și biotici, antropici.
Factori abiotici - temperatura, lumina, radiatiile radioactive, presiunea, umiditatea aerului, compozitia de sare a apei, vant, curenti, teren - acestea sunt toate proprietati de natura neanimata care afecteaza direct sau indirect organismele vii.
Factorii biotici sunt formele de influență ale ființelor vii unele asupra altora. Fiecare organism experimentează în mod constant influența directă sau indirectă a altor creaturi, intră în contact cu reprezentanții propriei specii și ai altor specii, depinde de aceștia și exercită el însuși o influență asupra lor. Lumea organică din jur este o parte integrantă a mediului fiecărei ființe vii. Interconexiunile organismelor stau la baza existentei biocenozelor si populatiilor; consideraţia lor ţine de domeniul sinecologiei.
Factorii antropogeni sunt forme ale activității societății umane care duc la schimbări în natură ca habitat al altor specii sau le afectează direct viața. Deși omul influențează fauna sălbatică prin modificări ale factorilor abiotici și ale relațiilor biotice ale speciilor, activitatea antropică ar trebui să fie distinsă ca o forță specială care nu se încadrează în cadrul acestei clasificări. Importanța influenței antropice asupra lumii vii a planetei continuă să crească rapid. Unul și același factor de mediu are un sens diferit în viața organismelor co-vii din diferite specii. De exemplu, un vânt puternic iarna este nefavorabil pentru animalele mari, deschise, dar nu le afectează pe cele mai mici, care se refugiază în vizuini sau sub zăpadă. Compoziția de sare a solului este importantă pentru nutriția plantelor, dar este indiferentă pentru majoritatea animalelor terestre etc.
Modificările factorilor de mediu în timp pot fi: 1) regulat-periodice, modificând puterea impactului în legătură cu momentul zilei sau anotimpul anului sau ritmul fluxului și refluxului în ocean; 2) neregulate, fără o periodicitate clară, de exemplu, schimbări ale condițiilor meteorologice în diferiți ani, fenomene de natură catastrofală - furtuni, averse, alunecări de teren etc.; 3) direcționate pentru perioade de timp cunoscute, uneori lungi, de exemplu, când clima este rece sau se încălzește, corpurile de apă sunt supraîncărcate, vitele pasc constant în aceeași zonă etc. Factorii de mediu au efecte variate asupra organismelor vii, de ex. poate influența ca stimuli care provoacă modificări adaptative ale funcțiilor fiziologice și biochimice; ca constrângeri care fac imposibilă existența în condițiile date; ca modificatori care provoacă modificări anatomice și morfologice în organism; ca semnale care indică modificări ale altor factori de mediu.
În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele generale pot fi identificate în natura impactului lor asupra organismelor și în răspunsurile ființelor vii.
1. Legea optimului. Fiecare factor are doar anumite limite ale efectului pozitiv asupra organismelor. Rezultatul acțiunii unui factor variabil depinde în primul rând de puterea manifestării acestuia. Atât acțiunea insuficientă, cât și cea excesivă a factorului afectează negativ activitatea vitală a indivizilor. Forța favorabilă de influență se numește zona optimă a factorului ecologic sau pur și simplu optimul pentru organismele unei specii date. Cu cât abaterile de la optim sunt mai puternice, cu atât efectul deprimant al acestui factor asupra organismelor (zona pessimum) este mai pronunțat. Valorile maxime și minime tolerabile ale factorului sunt puncte critice, dincolo de care existența nu mai este posibilă, apare moartea. Limitele de anduranță dintre punctele critice se numesc valența ecologică (gama de toleranță) a ființelor vii în raport cu un anumit factor de mediu.
Reprezentanții diferitelor specii diferă foarte mult unul de celălalt atât prin poziția optimului, cât și prin valența ecologică. De exemplu, vulpile arctice din tundra pot tolera fluctuații de temperatură a aerului în intervalul de aproximativ 80 ° C (de la + 30 ° la -55 ° C), în timp ce crustaceele de apă caldă Copilia mirabilis pot rezista la schimbările de temperatură a apei în intervalul de nu. mai mult de 6 ° C (de la 23 ° la 29 ° C). Apariția unor intervale înguste de toleranță în evoluție poate fi privită ca o formă de specializare, în urma căreia se realizează o eficiență mai mare în detrimentul adaptabilității și crește diversitatea în comunitate.
Aceeași putere a manifestării factorului poate fi optimă pentru o specie, pesimală - pentru alta și depășește limitele rezistenței pentru o a treia.
Valenta ecologica larga a unei specii in raport cu factorii de mediu abiotici este indicata prin adaugarea prefixului "evry" la numele factorului. Specii euritermale - care suportă fluctuații semnificative de temperatură, euribat - o gamă largă de presiuni, eurihalină - diferite grade de salinitate a mediului.
Incapacitatea de a tolera fluctuații semnificative ale factorului, sau valență ecologică îngustă, se caracterizează prin prefixul „steno” - specii stenotermale, stenobatice, stenohaline etc. care sunt capabile să se adapteze la diferite condiții de mediu - euribionte.
2. Ambiguitatea efectului unui factor asupra diferitelor funcții. Fiecare factor are un efect diferit asupra diferitelor funcții ale corpului. Un optim pentru unele procese poate fi un pessimum pentru altele. Astfel, temperatura aerului de la 40 ° la 45 ° C la animalele cu sânge rece crește foarte mult rata proceselor metabolice din organism, dar inhibă activitatea motorie, iar animalele cad în toropeală termică. Pentru mulți pești, temperatura apei, care este optimă pentru maturarea produselor de reproducere, este nefavorabilă pentru depunerea icrelor, care are loc într-un interval diferit de temperatură.
Ciclul de viață, în care în anumite perioade organismul îndeplinește în principal anumite funcții (nutriție, creștere, reproducere, dispersie etc.), este întotdeauna în concordanță cu schimbările sezoniere ale complexului de factori de mediu. De asemenea, organismele mobile pot schimba habitatele pentru implementarea cu succes a tuturor funcțiilor lor vitale. Perioada de reproducere este de obicei critică; în această perioadă, mulți factori de mediu devin adesea limitativi. Limitele de toleranță pentru indivizi de reproducție, semințe, ouă, embrioni, răsaduri și larve sunt de obicei mai înguste decât pentru plantele sau animalele adulte care nu se reproduc. Astfel, un chiparos adult poate crește pe zonele înalte uscate și scufundat în apă, dar se reproduce numai acolo unde există sol umed, dar nu inundat pentru dezvoltarea răsadurilor. Multe animale marine pot tolera apa salmastra sau dulce cu un continut ridicat de cloruri, astfel incat deseori patrund in rauri in amonte. Dar larvele lor nu pot trăi în astfel de ape, așa că specia nu se poate reproduce în râu și nu se stabilește aici definitiv.
3. Variabilitatea, variabilitatea și diversitatea răspunsurilor la acțiunea factorilor de mediu la indivizii individuali ai speciei.
Gradul de rezistență, punctele critice, zonele optime și pesimile ale indivizilor individuali nu coincid. Această variabilitate este determinată atât de calitățile ereditare ale indivizilor, cât și de sex, vârstă și diferențele fiziologice. De exemplu, la o molie, unul dintre dăunătorii produselor din făină și cereale, temperatura minimă critică pentru omizi este -7 ° C, pentru formele adulte -22 ° C și pentru ouă -27 ° C. Înghețul la 10 ° C ucide omizile, dar nu este periculos pentru adulți și ouăle acestui dăunător. În consecință, valența ecologică a unei specii este întotdeauna mai largă decât valența ecologică a fiecărui individ în parte.
4. Speciile se adaptează la fiecare dintre factorii de mediu într-un mod relativ independent. Gradul de rezistență la orice factor nu înseamnă valența ecologică corespunzătoare a speciei în raport cu alți factori. De exemplu, speciile care tolerează variații mari de temperatură nu trebuie să fie, de asemenea, adaptate la fluctuații mari ale umidității sau regimului de sare. Speciile euritermale pot fi stenohaline, stenobate sau invers. Valențele ecologice ale unei specii în raport cu diferiți factori pot fi foarte diverse. Acest lucru creează o varietate extraordinară de adaptări în natură. Setul de valențe ecologice în raport cu diferiți factori de mediu constituie spectrul ecologic al speciei.
5. Discrepanța dintre spectrele ecologice ale anumitor specii. Fiecare specie este specifică prin capacitățile sale ecologice. Chiar și la speciile care sunt asemănătoare ca modalități de adaptare la mediu, există diferențe în raport cu orice factor individual.
6. Interacțiunea factorilor.
Zona optimă și limitele de rezistență ale organismelor în raport cu orice factor de mediu se pot schimba în funcție de cât de puternic și în ce combinație acționează simultan alți factori. Acest model se numește interacțiunea factorilor. De exemplu, căldura este mai ușor de tolerat în aer uscat, mai degrabă decât în aer umed. Riscul de îngheț este mult mai mare pe vreme rece cu vânturi puternice decât pe vreme calmă. Astfel, același factor combinat cu alții are un impact diferit asupra mediului. Dimpotrivă, același rezultat ecologic poate fi obținut în moduri diferite. De exemplu, ofilirea plantelor poate fi oprită atât prin creșterea cantității de umiditate din sol, cât și prin scăderea temperaturii aerului pentru a reduce evaporarea. Se creează efectul substituirii parțiale a factorilor.
În același timp, compensarea reciprocă pentru acțiunea factorilor de mediu are anumite limite și este imposibil să înlocuiți complet unul dintre ei cu altul. Absența completă a apei sau a cel puțin unuia dintre elementele de bază ale nutriției minerale face imposibilă viața plantelor, în ciuda celor mai favorabile combinații ale altor condiții. Deficitul extrem de căldură din deșerturile polare nu poate fi compensat nici prin abundență de umiditate, nici prin iluminare non-stop.
7. Regula factorilor limitatori (limitatori). Factorii de mediu care sunt cel mai departe de optim fac ca speciile să fie deosebit de dificile în aceste condiții. Dacă cel puțin unul dintre factorii de mediu se apropie sau depășește valorile critice, atunci, în ciuda combinației optime a altor condiții, indivizii sunt amenințați cu moartea. Astfel de factori care se abat de la optim sunt de o importanță capitală în viața unei specii sau a reprezentanților ei individuali în fiecare perioadă specifică de timp.
Factorii limitatori de mediu determină aria geografică a unei specii. Natura acestor factori poate fi diferită. Deci, deplasarea speciei spre nord poate fi limitată de lipsa căldurii, în regiunile aride - de lipsa de umiditate sau de temperaturi prea ridicate. Relațiile biotice, de exemplu, ocuparea unui teritoriu de către un concurent mai puternic sau lipsa polenizatorilor pentru plante, pot servi și ele drept factor limitativ pentru răspândire.
Pentru a determina dacă o specie va putea exista într-o anumită zonă geografică, este necesar în primul rând să aflăm dacă vreun factor de mediu depășește valența ei ecologică, mai ales în perioada cea mai vulnerabilă de dezvoltare.
Organismele cu o gamă largă de toleranță la toți factorii sunt de obicei cele mai răspândite.
8. Regula conformității condițiilor de mediu la predeterminarea genetică a organismului. O specie de organisme poate exista atât timp cât și în măsura în care mediul natural care o înconjoară corespunde capacității genetice a acestei specii de a se adapta la fluctuațiile și schimbările sale. Fiecare tip de ființă vie a apărut într-un anumit mediu, într-un grad sau altul adaptat acestuia și existența sa ulterioară este posibilă doar în el sau într-un mediu apropiat. O schimbare bruscă și rapidă a mediului de viață poate duce la faptul că capacitățile genetice ale speciei vor fi insuficiente pentru a se adapta la noile condiții.
Curs 5. Factori limitatori
Diferiții factori de mediu au o importanță diferită pentru organismele vii.
O anumită combinație de condiții este necesară pentru viața organismelor. Dacă toate condițiile de mediu sunt favorabile, cu excepția uneia, atunci chiar această condiție devine decisivă pentru viața organismului în cauză.
Factori limitatori (limitatori). - aceasta
1) orice factori care inhibă creșterea populației în ecosistem; 2) factori de mediu, a căror valoare se abate foarte mult de la optim.
În prezența combinațiilor optime de mai mulți factori, un factor limitator poate duce la suprimarea și moartea organismelor. De exemplu, plantele iubitoare de căldură mor la temperaturi negative ale aerului, în ciuda conținutului optim de nutrienți din sol, umiditate optimă, iluminare și așa mai departe. Factorii limitatori sunt de neînlocuit dacă nu interacționează cu alți factori. De exemplu, lipsa de azot mineral din sol nu poate fi compensată de un exces de potasiu sau fosfor.
Factori limitatori pentru ecosistemele terestre:
Temperatura;
Nutrienți în sol.
Factori limitatori pentru ecosistemele acvatice:
Temperatura;
Lumina soarelui;
Salinitate.
De obicei, acești factori interacționează în așa fel încât un proces este limitat simultan de mai mulți factori, iar o modificare a oricăruia dintre ei duce la un nou echilibru. De exemplu, o creștere a disponibilității hranei și o scădere a presiunii prădătorilor pot duce la creșterea dimensiunii populației.
Exemple de factori limitatori sunt: aflorimente de rocă tare, eroziunea liniei de bază, laturile văilor etc.
Astfel, factorul care limitează răspândirea căprioarelor este adâncimea stratului de zăpadă; fluturii de iarnă (un dăunător al legumelor și culturilor de cereale) - temperatura de iarnă etc.
Conceptul de factori limitatori se bazează pe două legi ale ecologiei: legea minimului și legea toleranței.
La mijlocul secolului al XIX-lea, om de știință-chimist organic german Liebig, studiind efectul diferitelor oligoelemente asupra creșterii plantelor, a fost primul care a stabilit următoarele: creșterea plantelor este limitată la un element a cărui concentrație și valoare se află la minim. , adică este prezent într-o cantitate minimă. În mod figurat, legea minimului ajută la reprezentarea așa-numitului „butoiul lui Liebig”.
Acesta este un butoi cu șipci de lemn de diferite înălțimi, așa cum se arată în imagine. Este clar că indiferent cât de înalte sunt celelalte șipci, poți turna apă în butoi exact la fel de mult ca înălțimea celor mai scurte șipci. Deci factorul limitativ limitează activitatea vitală a organismelor, în ciuda nivelului (dozei) altor factori. De exemplu, dacă drojdie
puse în apă rece, temperatura scăzută va deveni un factor limitativ pentru reproducerea lor. Fiecare gospodină știe acest lucru și, prin urmare, lasă drojdia să se „umfle” (și de fapt să se înmulțească) în apă caldă cu o cantitate suficientă de zahăr. Rămâne doar să „schimbam” câțiva termeni: lasă înălțimea apei turnate să fie ceva biologic sau funcția ecologică (de exemplu, randament), iar înălțimea șipcilor va indica gradul de abatere a dozei unui factor sau altul de la optim.
În prezent, legea minimului a lui Liebig este interpretată mai larg. Factorul limitator poate fi un factor care nu numai că este insuficient, ci și în exces.
Factorul de mediu joacă rolul unui FACTOR LIMITĂTOR dacă acest factor este sub nivelul critic sau depășește nivelul maxim tolerabil.
Factorul limitator determină aria de distribuție a speciei sau (în condiții mai puțin severe) afectează nivelul general al metabolismului. De exemplu, conținutul de fosfați din apa de mare este un factor limitativ care determină dezvoltarea planctonului și, în general, productivitatea comunităților.
Conceptul de „factor limitator” este aplicabil nu numai diferitelor elemente, ci și tuturor factorilor de mediu. Relațiile competitive sunt adesea factorul limitativ.
Fiecare organism are limite de rezistență în raport cu diverși factori de mediu. În funcție de cât de largi sau înguste sunt aceste limite, se face o distincție între organismele euribiotice și cele stenobiotice. Eurybionts sunt capabili să reziste la o gamă largă de intensități ale diferiților factori de mediu. Să presupunem că habitatul vulpii este de la pădure-tundra până la stepe. Stenobionti dimpotrivă, tolerează doar fluctuații foarte înguste ale intensității factorului ecologic. De exemplu, aproape toate plantele din pădurea tropicală sunt stenobionte.
Legea toleranței
Noțiunea că, alături de minim, maximul poate fi un factor limitativ a fost introdusă 70 de ani mai târziu, în 1913, după Liebig, de către zoologul american W. Shelford. El a atras atenția asupra faptului că nu numai acei factori ecologici, ale căror valori sunt minime, ci și cei care se caracterizează prin maximul ecologic, pot restricționa dezvoltarea organismelor vii și a formulat legea toleranței: „ factorul limitator pentru prosperitatea unei populații (organism) poate fi cel puțin și un maxim de impact asupra mediului, iar intervalul dintre ele determină valoarea rezistenței (limita de toleranță) sau valența ecologică a unui organism față de acest factor).
Domeniul favorabil de acțiune al factorului de mediu se numește zonă optimă (activitate normală de viață). Cu cât abaterea factorului de la optim este mai semnificativă, cu atât acest factor inhibă mai mult activitatea vitală a populației. Acest interval se numește zona de opresiune sau pessimum. Valorile maxime și minime tolerabile ale unui factor sunt puncte critice dincolo de care nu mai este posibilă existența unui organism sau a unei populații. Limita de toleranță descrie amplitudinea fluctuațiilor factorilor, ceea ce asigură o existență cu drepturi depline a populației. Indivizii pot avea intervale de toleranță ușor diferite.
Factorii limitatori sunt condiții care depășesc rezistența organismului. Ele restrâng orice manifestare a funcțiilor sale. Să luăm în considerare mai detaliat efectul limitativ al factorilor.
caracteristici generale
Caracteristicile influenței
Având în vedere teoria minimelor, nu trebuie să confundăm factorii conducători și cei limitativi ai mediului, deoarece aceștia din urmă pot fi atât majori, cât și minori. Condiția limitativă este de obicei cea care s-a abătut cel mai mult de la normă. Dacă indicatorii se află în afara granițelor stabilității, indiferent dacă s-au schimbat spre minim sau spre maxim, ei se transformă în factori limitatori. Acest lucru are loc și atunci când toate celelalte condiții sunt favorabile sau optime.
Factorii limitatori Shelford
Teoria discutată mai sus și-a primit dezvoltarea 70 de ani mai târziu. Omul de știință american Shelford a descoperit că nu doar un element prezent într-o concentrație minimă poate afecta dezvoltarea organismului, dar excesul său poate provoca și efecte adverse. De exemplu, atât cantitatea excesivă, cât și cea insuficientă de apă vor fi dăunătoare pentru o plantă. În acest din urmă caz se va produce acidificarea solului, iar în primul caz asimilarea compușilor nutritivi va fi dificilă. Multe organisme sunt afectate negativ de modificările nivelului pH-ului și de alți factori limitanți. Toleranţa, în cadrul căreia este posibilă o existenţă normală, este limitată, de fapt, de o lipsă sau un exces de condiţii, ai căror indicatori se pot apropia de limitele de toleranţă.
Gama de anduranță
Limitele de toleranță nu sunt constante. De exemplu, intervalul poate fi restrâns dacă orice condiție se apropie de una sau alta graniță. Această situație apare și în timpul reproducerii organismelor, când mulți indicatori devin limitativi. De aici rezultă că influența multor factori de mediu limitanți este de natură variabilă. Aceasta înseamnă că o condiție poate fi sau nu deprimantă sau limitativă.
Aclimatizare
În același timp, trebuie amintit că organismele însele sunt capabile să reducă impactul negativ prin crearea, de exemplu, a unui anumit microclimat. În acest caz, există un fel de compensare pentru condiții. Se manifestă cel mai eficient la nivel de comunitate. Cu o astfel de compensare, se formează condiții pentru adaptarea fiziologică a speciei - euribiota, care este larg răspândită. Aclimatizandu-se pe un anumit teritoriu, formeaza un fel de ecotip, o populatie ale carei limite de toleranta corespund zonei. Procesele adaptative mai profunde pot contribui la formarea raselor genetice.
Punerea în practică a teoriei
Pentru a avea o idee mai clară asupra modului în care factorii de mediu limitanți afectează organismele, dezvoltarea plantelor sub influența dioxidului de carbon poate fi luată ca exemplu. Conținutul său în aer este mic, așa că chiar și o mică fluctuație a nivelului său va fi de mare importanță pentru plantare. Dioxidul de carbon este un produs al respirației plantelor și animalelor, arderii substanțelor organice, activității vulcanice etc. Conținutul său depinde nu numai de natura locației surselor sale și de numărul de consumatori. De asemenea, se schimbă în timp. Astfel, iarna și toamna, concentrația de dioxid de carbon este crescută din cauza diferențelor de activitate fotosintetică a spațiilor verzi. În același timp, vara cu asimilare intensivă a plantelor, cantitatea acesteia scade semnificativ. Fluctuațiile CO 2 din aer au un efect semnificativ asupra activității fotosintezei și asupra nivelului de nutriție a plantelor. Chiar și schimbările mici le afectează negativ dezvoltarea și creșterea, aspectul, procesele interne. Conținutul obișnuit de CO 2 din aer, aproape de 0,03%, nu este considerat optim pentru viața normală a plantelor. În acest sens, un grad ridicat de intensitate al fotosintezei poate fi atins fie prin mișcarea rapidă a diferitelor mase, care va asigura afluxul acesteia către părțile asimilatoare, fie datorită activității heterotrofelor, a căror reproducere este însoțită de eliberarea acestuia. .
Iluminare și temperatură
Luați în considerare modul în care factorii limitanți pot influența fenotipul de păpădie. Datorită variabilității semnificative a exemplarelor sale, care cresc în zone bine luminate, planta este dominată de caracteristicile plantațiilor iubitoare de lumină. În special, ele diferă:
- Lame groase, mici, cărnoase ale frunzelor, cu vene dese.
- Un sistem radicular ramificat.
- Dispunerea frunzelor într-un unghi în raport cu razele soarelui.
- Un fel de mișcare care oferă protecție împotriva luminii excesive.
Împreună cu aceasta, păpădia care crește la umbră are următoarele trăsături:
- Un sistem radicular subdezvoltat.
- Frunze mari, late, subtiri, cu nervuri rare, situate perpendicular pe raze etc.
Când se analizează secțiuni de plăci de frunze ale primului și al doilea tip de păpădie, se pot găsi diferențe histologice mai profunde care completează semnele morfologice discutate mai sus. Influența fluctuațiilor de temperatură este, de asemenea, destul de clar manifestată. Mai mult, dacă transformarea cu o schimbare a iluminării poate fi observată prin compararea diferitelor exemplare, atunci în acest caz poate fi văzută pe o singură plantă. La temperaturi scăzute de primăvară de la +4 la +6 grade, pe plante se formează frunze timpurii tăiate puternic. Dacă, în această formă, păpădia este transferată într-o seră, unde t + 15 ... + 18 grade, vor începe să se dezvolte plăci cu margini solide. Când planta este plasată în condiții intermediare, frunzele vor avea o ușoară neregularitate.
Reacție în lanț
Una dintre completările esențiale la teoria avută în vedere este prevederea că o schimbare a oricărei stări generează consecințe de amploare. În prezent, este aproape imposibil să găsești un site pe planetă în care să nu existe factori limitativi. În multe cazuri, activitatea persoanei însăși creează condiții limitative sau opresive. Un astfel de exemplu izbitor este exterminarea completă a populațiilor uriașe de vacă steer de mare. Acest proces a durat unei persoane relativ puțin timp - câțiva ani - în comparație cu perioada de aproape un secol de restaurare naturală a ecosistemului.
Cu siguranță fiecare dintre noi a observat cum plantele din aceeași specie prosperă în pădure, dar se simt rău în spații deschise. Sau, de exemplu, unele specii de mamifere au o populație mare, în timp ce altele sunt mai limitate în aparent aceleași condiții. Toată viața de pe Pământ, într-un fel sau altul, se supune propriilor legi și reguli. Ecologia le studiază. Una dintre afirmațiile fundamentale este legea minimului a lui Liebig
Ce limitează asta?
Chimistul german și fondatorul agrochimiei, profesorul Justus von Liebig, a făcut multe descoperiri. Una dintre cele mai faimoase și recunoscute este descoperirea factorului limitator fundamental. A fost formulată în 1840 și ulterior completată și generalizată de Shelford. Legea spune că pentru orice organism viu, cel mai semnificativ factor este cel care se abate într-o măsură mai mare de la valoarea sa optimă. Cu alte cuvinte, existența unui animal sau a unei plante depinde de severitatea (minimă sau maximă) unei anumite stări. Indivizii se găsesc de-a lungul vieții cu o mare varietate de factori limitatori.
„Butoiul lui Liebig”
Factorul care limitează activitatea vitală a organismelor poate fi diferit. Legea formulată este încă utilizată activ în agricultură. Yu. Liebikh a descoperit că productivitatea plantelor depinde în primul rând de materia minerală (nutrient), care este cel mai slab exprimată în sol. De exemplu, dacă azotul din sol reprezintă doar 10% din rata necesară, iar fosforul este de 20%, atunci factorul care limitează dezvoltarea normală este lipsa primului element. Prin urmare, îngrășămintele care conțin azot trebuie aplicate mai întâi pe sol. Semnificația legii a fost prezentată în așa-numitul „butoiul lui Liebig” (imaginea de mai sus) în cel mai clar și mai vizual mod. Esența sa este că atunci când vasul este umplut, apa începe să se reverse peste marginea unde este cea mai scurtă scândură, iar lungimea restului nu mai contează cu adevărat.
Apă
Acest factor este cel mai grav și semnificativ în comparație cu restul. Apa este baza vieții, deoarece joacă un rol important în viața unei celule individuale și a întregului organism. Menținerea cantității sale la nivelul corespunzător este una dintre principalele funcții fiziologice ale oricărei plante sau animal. Apa ca factor care limitează activitatea vieții se datorează distribuției neuniforme a umidității pe suprafața Pământului pe tot parcursul anului. În procesul de evoluție, multe organisme s-au adaptat la consumul economic de umiditate, pentru a experimenta o perioadă uscată în stare de hibernare sau de repaus. Acest factor este cel mai puternic exprimat în deșerturi și semi-deșerturi, unde flora și fauna sunt foarte rare și deosebite.
Ușoară
Lumina care vine sub formă de radiație solară susține toate procesele de viață de pe planetă. Organismele sunt interesate de lungimea de undă, durata expunerii, intensitatea radiației. În funcție de acești indicatori, organismul se adaptează la condițiile de mediu. Ca factor de limitare a existenței, este mai ales pronunțată la adâncimi mari ale mării. De exemplu, plante la o adâncime de 200 m nu se mai găsesc. Împreună cu iluminarea, cel puțin încă doi factori limitatori „funcționează” aici: presiunea și concentrația de oxigen. Acest lucru poate fi contrastat cu pădurile tropicale din America de Sud, ca fiind cel mai favorabil teritoriu pentru viață.
Temperatura ambientala
Nu este un secret pentru nimeni că toate procesele fiziologice din organism depind de temperatura externă și internă. Mai mult decât atât, majoritatea speciilor sunt adaptate la un interval destul de îngust (15-30 ° C). Dependența este deosebit de pronunțată la organismele care nu sunt capabile să mențină independent o temperatură constantă a corpului, de exemplu, reptile (reptile). În cursul evoluției, s-au format multe adaptări care permit depășirea acestui factor limitat. Deci, pe vreme caldă, pentru a evita supraîncălzirea la plante, crește prin stomată, la animale - prin piele și sistemul respirator, precum și trăsături comportamentale (ascundere la umbră, vizuini etc.).
Contaminanți
Valoarea nu poate fi subestimată. Ultimele câteva secole pentru oameni au fost marcate de progresul tehnologic rapid, de dezvoltarea rapidă a industriei. Acest lucru a condus la faptul că emisiile nocive în corpurile de apă, sol și atmosferă au crescut de mai multe ori. Este posibil să înțelegem care factor limitează o anumită specie numai după cercetare. Această stare de fapt explică faptul că diversitatea speciilor din regiunile sau regiunile individuale s-a schimbat dincolo de recunoaștere. Organismele se schimbă și se adaptează, unele le înlocuiesc pe altele.
Aceștia sunt toți factori majori care limitează viața. Pe lângă ele, există multe altele, care sunt pur și simplu imposibil de enumerat. Fiecare specie și chiar un individ este individual, prin urmare factorii limitatori vor fi foarte diverși. De exemplu, pentru păstrăv, procentul de oxigen dizolvat în apă este important, pentru plante - compoziția cantitativă și calitativă a insectelor polenizatoare etc.
Toate organismele vii au anumite limite de anduranță pentru unul sau altul factor limitator. Pentru unii sunt suficient de largi, pentru alții sunt înguste. În funcție de acest indicator, se disting eurybionts și stenobionts. Primele sunt capabile să reziste la o amplitudine mare a fluctuațiilor diferiților factori limitatori. De exemplu, trăiește peste tot de la stepe până la pădure-tundra, lupi etc. Stenobionts, pe de altă parte, sunt capabili să reziste la fluctuații foarte înguste, care includ aproape toate plantele din pădurile tropicale.
