Преобразование природы ограничено действием экологических законов и правил по сохранению больших экологических систем, что разбивает теории о беспредельном преобразовании природы. Человек в результате хозяйственной деятельности совершает преобразование природы, проявляющееся в изменениях взаимоотношений в системе “нооценоз - природная среда”. Чрезмерное преобразование природы без учета экологических законов и правил пагубно экономически и опасно экологически, так как в этом случае могут возникнуть такие условия на Земле, которые окажутся непригодными для жизни человека как биологического вида.[ ...]

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИРОДЫ - антропогенное изменение сложившегося экологического равновесия для увеличения биологической продуктивности или хозяйственной производительности природных комплексов. П. п. может быть связано с хозяйственным освоением новых пространств или восстановлением биологической и иной продуктивности природных систем. Как правило, достигается сукцессионным омоложением экосистем, снижением разнообразия их видового состава, но может (и должно) строиться на восстановлении утраченного или достижении планового экологического равновесия, более благоприятного для жизни людей и их хозяйственной деятельности.[ ...]

Творчество в преобразовании природы как альтернатива глобальному экологическому кризису реализуется в единении человека и природы, в приложении к природной среде Разума и Души.[ ...]

Встав на путь преобразования природы, человечество открыло тур великого состязания - кто придет к финишу первым: общество, создав предпосылки высокоразвитой природоохранной ступени развития, или Природа, исчерпав свои возможности нести бремя самоедских цивилизаций. Десять тысяч лет более трехсот поколений творили материальное богатство путем разрушения природных богатств (экосистем всех уровней) и вконец промотали резервы развития за счет Природы, так и не подготовившись жить в согласии с ней.[ ...]

Третий закон «Природа знает лучше» подразумевает, что сложившиеся в ходе эволюции и прошедшие жесткий естественный отбор организмы и их сообщества, а также сформировавшиеся между ними отношения - это наиболее оптимальные системы. Любое вмешательство в них человека скорее ухудшит их состояние, чем улучшит. Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».[ ...]

Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений. Другими словами, с ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (рис. 9.1).[ ...]

Черкасский Б.Л. Преобразование природы и здоровье человека. - М.: Наука, 1981. - 175 с.[ ...]

Эпоха натиска на природу закончилась или, во всяком случае, кончается. Необходимо повернуться лицом к человеку и спасать Землю от собственного усердия не по разуму. Сменилась сама цель развития. Еще недавно казалось, что достаточно человека накормить и сделать богатым. Сейчас же выяснилось, что для того, чтобы жить долго и не болеть, этого мало. Нужна еще благоприятная среда жизни. Иначе даже расходы на медицину, возрастая экспоненциально, достигают парадоксальных величин. Обращение к человеку привело к новой форме антропоцентризма: экологическому антропоцентризму. Общество стало поворачиваться лицом к себе, к своему переустройству, а не к преобразованию природы.[ ...]

Крупномасштабные преобразования природы - распашка целинных земель, строительство гигантских ГЭС с устройством крупных водохранилищ и затоплением пойменных территорий, проекты поворота рек, строительство крупных агропромышленных комплексов, осушение болот - все это мощные факторы экологического риска для природы и человека.[ ...]

Работая над планом преобразования природы, Докучаев пришел к выводу, что в России нет подготовленных специалистов-естествепииков и агрономов, которые могли бы квалифицированно проводить такче работы. Оп стремится доказать необходимость открытия в университетах особых кафедр почвоведения, ио, несмотря на поддержку Д. И. Менделеева, не достигает успеха. Ему удалось, однако, добиться частичной реформы высшего сельскохозяйственного образования. В 1892 г. Докучаев становится директором Новоалексаидрпйского института сельского хозяйства и лесоводства, где учреждает первую в мире кафедру генетического почвоведения, которую возглавил Н. М. Сибирцев. По воспоминаниям бывших студентов института, туда был огромный наплыв абитуриентов: кроме агрономических дисциплин, па высоком уровне преподавались естественные пауки - физика, химия, геология, почвоведение, физиология растений; существовала тщательно продуманная система практических занятий - лабораторных, полевых, производственных; общественная жизнь била ключом, директор оказывал поддержку студенческому марксистскому кружку (Димо, 1946). Эти нововведения пришлись не по вкусу властям, и в 1896 г. Докучаев был вынужден оставить пост директора института (Ркэгагоша, 1952).[ ...]

Наиболее плодотворным преобразованием природы следует признать такую хозяйственную деятельность человека, когда имеет место ликвидация опустыненных регионов с восстановлением биологической продуктивности в них и хозяйственной производительности.[ ...]

Однако успех в области преобразования природы сопутствует людям лишь тогда, когда они изучают законы природы, считаются с их действием, учитывают их объективные требования. К сожалению, в действительности эти совершенно необходимы условия учитываются далеко не всегда, а в большинстве случаев и вовсе игнорируются. В результате рост производства сплошь и рядом сопровождается широкомасштабным разрушением природных систем и интенсивным загрязнением среды, что наносит ущерб и природе, и обществу.[ ...]

Деятельность человека по преобразованию природы привела к возникновению относительно новых для него же условий существования. Третья природа» - искусственный мир, созданный человеком и не имеющий вещественно-энергетической аналогии в естественной природе (города, внутреннее пространство помещений, асфальт, бетон, синтетика и др.).[ ...]

В настоящее время в связи с преобразованием природы на юге (нашей страны, направленным на борьбу с засухой и повышение урожайности, большими мелиоративными работами, проводимыми в зоне постоянного увлажнения, разработкой проектов переброски вод с севера на юг и строительством водохранилищ вопросы внут-риматерикового влагооборота вновь привлекают внимание ученых. Оценивая влияние мелиоративных мероприятий и полезащитного лесоразведения на юге нашей страны, О. А. Дроздов пришел к выводу, что режимные изменения осадков, вызванные дополнительным испарением и усилением степени шероховатости поверхности (при лесоразведении), произойдут как на самой преобразуемой территории, так и на удаленных от нее подветренных частях материка. Однако изменения эти сравнительно невелики. Таким образом, хотя усиление внутреннего влагооборота страны подтверждается расчетами метеорологов, оно не столь значительно, как полагал ранее Касаткин. Эффект проводимых мероприятий в большей степени проявляется в превращении поверхностного стока в почвенную влагу и грунтовой сток, о чем будет сказано ниже.[ ...]

Примером целенаправленного преобразования природы является зарегулирование водных систем путем создания плотин, водохранилищ, оросительных открытых и дренажных систем. В результате могут облагораживаться мезокли-мат, повышаться продукция земельных угодий, обеспечиваться стабильное судоходство, предотвращаться засухи. В то же время проекты переброски части стока северных и сибирских рек, как уже говорилось, оказались неоггтимальными по многим причинам, и от них обоснованно отказались.[ ...]

Экспертиза проекта крупного преобразования природы (например, строительства гидроэлектростанции, мощного промышленного объекта и т. п.) требует системной оценки всей цепи тех объектов, которые подвергнутся воздействию - от режима экологических факторов до экосистемы. В ряде случаев понадобится давать оценки и на биосферном уровне.[ ...]

Радищев рассматривал вопросы преобразования природы: нужно уничтожить чересполосицу, которая ставит непреодолимые преграды правильной организации хозяйства; все почвы должны быть окультурены улучшенной обработкой и удобрением. Для этого один путь - установление должной «соразмерности» скотоводства с земледелием. Им ставился вопрос о расширении «огородного земледелия» и развитии орошения, о полной замене сох плугами, широком использовании минеральных удобрений, введении новых культурных растений. Если бы все это сделать, то «великая бы произошла в земледелии перемена». Главная причина - экономические и политические условия, существование крепостного права. Обращаясь к крестьянам, Радищев говорит: «Блаженны, блаженны, если бы весь плод трудов ваших был ваш. Но, о горестное напоминание, ниву селянин возделывает чужую и сам, сам чужд есть, увы».[ ...]

Но вот в 1952 г. по сталинскому плану преобразования природы Дон был перекрыт Цымлянской плотиной. Спустя 20 лет у Краснодара была зарегулирована Кубань. В низовьях обеих рек возникли мощные системы орошения с интенсивной агротехникой, на Кубани - рисосеяние. Быстро нарастало применение минеральных удобрений и ядохимикатов - пестицидов.[ ...]

Урбанизация как глобальный процесс преобразования природы приводит к изменению последствий проявления всех ЭФЛ (ресурсной, геодинамической, геохимической и геофизической), которые носят преимущественно негативный характер. Исключение составляют изменения геодинамической экологической функции, которые в редких случаях благоприятны для горожан.[ ...]

Рациональные воздействия человека на природу в процессе природопользования включают в себя все процессы нооценоза по освоению природных ресурсов, а также охрану окружающей среды и целесообразное преобразование природы.[ ...]

Энергетика - важнейший фактор в процессе преобразования природы человеком. Современная энергетика играет роль антропогенной "силы природы”, успешно конкурирует с могуществом ее стихий. Воздействие установок на окружающую среду зависит от вида сжигаемого топлива.[ ...]

В настоящее время в соответствии с задачей преобразования природы, выдвинутой еще В. И. Лениным, социалистическое лесоводство ставит своей задачей и повышение производительности лесов: получения 2-3-5 мг и более древесины улучшенных качеств там, где получался прежде 1 м3, и повышение в кратчайший срок всех других разносторонних полезностей леса. Для этого от созерцательного отношения к лесу и элементарных санитарных мер необходимо перейти к системе активных воздействий на лесорастительную среду и само насаждение: необходимо встать на путь систематического улучшения почвы и микроклимата, регулирования состава и структуры насаждений, улучшения их путем практической селекции отбором лучших семян с наилучших древо-стоев и наилучших деревьев и, наконец, переделки природы самих растений путем выведения новых форм половой и вегетативной гибридизацией.[ ...]

Я. Демченко видел лишь позитивные моменты такого преобразования природы - увеличение поливных земель юга Срединного региона и смягчение климата, совершенно оставляя в стороне отрицательные последствия, и прежде всего - затопление огромных территорий в Западной Сибири. Общественное мнение квалифицировало эту идею как безумную .[ ...]

Несмотря на печальные последствия проводившихся преобразований природы и длительного экстенсивного развития, в России сохранились достаточно большие нетронутые деятельностью человека экосистемы (в основном на севере и в Сибири).[ ...]

Главной проблемой на данном этапе взаимодействия с природой является то, каким образом ее нужно преобразовывать, потому что вопрос о необходимости преобразования уже решен, так как без этого существование человеческого общества невозможно. Однако при преображении природы необходимо поддерживать и развивать порождающую (возрождающую) силу природы. Это возможно только при творческом подходе к преобразованию природы, т. е. деятельности должна активно предшествовать мыследеятельность, «инженерии-технике» должна предшествовать «наука - культура», высшим выражением которой собственно и есть творчество. А творчество представляет собой единение Разума и Души, а для природы важнее при ее поддержании воздействие Коллективного Разума и Души особенно в условиях глобального экологического кризиса.[ ...]

Степанов В. Н. О роли тихоокеанских и атлантических вод в преобразовании природы Арктики. - «Проблемы Севера», вып. 7, 1963.[ ...]

Учет и следование всем объективным закономерностям развития природы и общества (часть их см. в главе 3). Особенно важны действие закона одного процента и нарушение принципа Ле Шателье - Брауна. Они запрещают коренное преобразование природы сверх допустимых масштабов.[ ...]

Советская наука о лесе, занимаясь углубленным изучением сложной природы леса, уделяет все больше внимания задаче преобразования природы, выращиванию улучшенных лесов, «преодолению времени» в лесоводстве.[ ...]

Тысячелетиями усилия Человечества преимущественно были направлены на преобразование природы. Человек пытался не «вписаться» в природу, а «использовать» ее в своих интересах, даже не задумываясь о том, что он сам - часть природы. Однако только одно осознание Человеком, что такой подход к биосфере являлся ошибкой, еще не предотвращает движение вида Homo sapiens к гибели в недалеком будущем. Человек разумен, он должен изменить свое отношение к природе, иначе он обречен.[ ...]

Изучение и преобразование природы Сибири и Дальнего Востока в связи с ее перспективным освоением: Материалы к симпоз.[ ...]

Историческим шагом можно считать внедрение, так называемого, “Сталинского плана преобразования природы”, утвержденного в 1948 г. План предусматривал широкомасштабное создание полезащитных лесополос в засушливой зоне страны. Несомненно, это был отклик вождя СССР на такую же инициативу американского президента Франклина Рузвельта, по предложению которого в 1930-х гг. на Великих равнинах была создана сеть полезащитных лесополос, дабы предотвратить распространение в засушливых регионах юга США катастрофическую дефляцию почв.[ ...]

Творчество как высшее выражение мыследеятедьности имеет наибольшие возможности в преобразовании природы, но исключительно при условии, что каждый преобразовательный акт представляет создание качественно нового, а не тиражирование ранее изобретенного.[ ...]

Принцип неполноты информации (принцип неопределенности): информация, направленная на преобразование природы, всегда недостаточна для абсолютного утверждения о всех возможных результатах действия по ее реализации. Этот принцип свидетельствует об исключительной сложности природных экосистем, а неполнота информации так же опасна, как и сама преобразовательная деятельность человека.[ ...]

Исходной посылкой экологического реализма служит представление о неизбежности ограниченного преобразования природы путем антропогенного изменения сложившегося экологического равновесия для увеличения биологической или хозяйственной производительности природных комплексов, целесообразности сохранения экологического равновесия и рациональности максимальной адаптации человеческого хозяйства и всего уклада жизни к условиям меняющихся биоценозов и экотопов.[ ...]

Ухудшение качества окружающей среды в результате тех или иных природных процессов или из-за антропогенных преобразований природы в общем случае означает отклонение конкретных условий от физиологических требований организма. Реакцией организма на такие отклонения является заболевание, а в ряде случаев - гибель. Выявление причин заболеваемости, лечение, устранение причин, вызвавших болезнь, - задача медицины".[ ...]

Весьма полезно знать и принцип неполноты информации (принцип неопределенности): при проведении акций (особенно крупномасштабных) по преобразованию природы имеющаяся информация всегда недостаточна для априорного (независимого от опыта) суждения о всех возможных последствиях (особенно в далекой перспективе) осуществляемого мероприятия.[ ...]

Жизнь Докучаева трагически оборвалась в 1903 г. Иден ученого слишком опережали его время, лишь в слабой мере осуществились его предложения по преобразованию природы степей, комплексному изучению окрестностей Петербурга, реформе высшей школы. Но многие его организационные начинания удались: детальное изучение природы двух губерний и Кавказа, учреждение специальной Почвенной комиссии, первых краеведческих музеев в разных городах, создание прекрасных коллекций почв и их экспонирование на выставках, в том числе международных в Париже (1889 и 1900 гг.) и Чикаго (1893 г.).[ ...]

Неотъемлемой частью предстоящих новых решений экологических проблем является осознание человечеством того факта, что от принципа безудержного преобразования природы и неограниченной ее эксплуатации необходимо перейти к стратегиям всемерной экономии природных ресурсов и взаимоотношений человека с биосферой с экологически мягкими средствами воздействия. Экологически мягкие средства воздействия, призванные оптимизировать обоюдные взаимоотношения человека с биосферой, базируются на этологических (от греч. ethos - характер, нрав) или поведенческих законах организации сообществ, группового поведения, пространственного перемещения, а не уничтожения вредящих видов, широкого использования зоокультур.[ ...]

Необходимость поддержания продуктивности сельского хозяйства, слишком медленно возраставшей после обвала коллективизации, голодоморов и войны, вызвала к жизни «Сталинский план преобразования природы» (1948), предусмотревший мелиорацию земли на площади около 25 млн. га, создание крупных оросительных систем, внедрение травопольной системы земледелия с «углубленной» агротехникой, закладку крупных государственных лесных полос и систем полезащитных лесонасаждений. Намечена была и довольно внушительная программа природоохранных мер. Однако план этот был выполнен только частично и, несмотря на огромные затраты, не дал ожидавшихся результатов. Кроме того, однобокая «природопреобразовательная» концепция плана в сочетании с командными методами и разгромом, учиненным Т. Д. Лысенко в биологической науке и селекционном деле, свела на нет некоторые скромные агроэкологические достижения того времени.[ ...]

Экология, как следует из ее определения, - биологическая дисциплина. Однако в сознании человека она в настоящее время ассоциируется с проблемами, возникшими в результате радикального преобразования природы под воздействием антропогенной деятельности. Поэтому она связана не только с биологическими, но и с техническими, и с социальными науками. Рассмотрим последовательно некоторые из этих связей.[ ...]

Тетради, дневники и записные книжки И. В. Мичурина представляют собой ценнейшие научные документы, дополняющие и иллюстрирующие основные работы замечательного ученого, всю свою жизнь посвятившего делу преобразования природы в интересах трудящегося человечества, создавшего свое материалистическое, прогрессивное учение.[ ...]

Книга рассказывает об эволюции климата Земли от палеогена до наших дней; о причинах и закономерностях климатических изменений и роли Мирового океана в формировании климатов. Читатель познакомится с проектами преобразования природы и возможностями их практического осуществления.[ ...]

Рю?е?б10П) статья 102 обязывает все учреждения Федерального правительства применять системный междисциплинарный подход, гарантирующий совместное использование рекомендаций естественных и социальных наук и проектов преобразования природы при планировании и принятии решений, которые могут оказывать воздействие на естественную среду человека".[ ...]

В Директивах XXIV съезда партии в числе основных задач фундаментальных научных исследований предусмотрена разработка «проблем более широкого и рационального использования естественных ресурсов», а также «научных основ охраны и преобразования природы в целях улучшения естественной среды, окружающей человека, и лучшего использования природных ресурсов» 4.[ ...]

Проблема сохранения природной среды и целесообразное использование природных богатств нашей планегы действительно приобрело большую актуальность, особенно в странах капиталистического мира. Но прогресс человечества невозможен без воздействия на природу, без расходования ее ресурсов. Дело заключается в разумном преобразовании природы, рациональном ее использовании в интересах живущих сейчас и будущих поколений. И так,- подчеркивал Ф. Энгельс,- на каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней так, как кто-либо находящийся вне природы,- что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри ее, что все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять» 1.[ ...]

Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия производства на природные системы и организмы с обязательным прогнозированием их реакции на это воздействие. Такой подход нужен, чтобы более глубоко и всесторонне оценивать последствия преобразования природы обществом. Например, влияние какого-либо мутагенного вещества на половые клетки не связано с угрозой жизнеспособности данного организма, но неизбежно проявится в потомстве, следствием чего может быть вырождение тех или иных популяций, выпадение отдельных звеньев из пищевых цепей и сете с нарушением стабильности и продуктивности экосистем. С другой стороны, ряд веществ может воздействовать на клеточные структуры, приводя к нарушению тканей (например, к злокачественным новообразованиям), а далее - органов, организма в целом, проявляясь далее на популяционном и биоценотическом уровне.[ ...]

В нашей стране расширились и углубились лесные знания, оформились новые самостоятельные научные дисциплины. Разработаны п разрабатываются теоретические основы важнейших народнохозяйственных проблем, связанных с лесом, как-то: использования леса как средства преобразования природы; экономики социалистического лесного хозяйства и лесной промышленности; возобновления леса и ухода за ним; разведения леса в степях применительно к запросам социалистического земледелия; выращивания быстрорастущих пород; методов очистки лесосек; борьбы с лесными пожарами; учета лесных ресурсов; порайонного изучения лесов СССР. Все большее значение приобретает проблема повышения продуктивности лесов, возникают новые научные и практические вопросы.[ ...]

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) - великий русский ученый, академик, основатель биогеохимии и учения о биосфере. Его по праву относят к числу крупнейших универсалистов мировой науки. Научные интересы В.И. Вернадского чрезвычайно широки. Он внес существенный вклад в минералогию, геохимию, радиогеологию, кристаллографию; провел первые исследования закономерностей состава, строения и миграции взаимодействующих элементов и структур земной коры, гидросферы и атмосферы. В 1923 г. сформулировал теорию о ведущей роли живых организмов в геохимических процессах. В 1926 г. в книге «Биосфера» В.И. Вернадский выдвинул новую концепцию биосферы и роли живого вещества в космическом и земном круговороте веществ. Преобразования природы в результате человеческой, деятельности видятся В.И. Вернадскому как мощный планетарный процесс («Научная мысль как геологическое явление», 1936) и как возможность перерастания биосферы в ноосферу - сферу разума.[ ...]

Генеральной задачей почвоведения па перспективу является сумма всех усилий по повышению плодородия почв и их охраны в самом широком смысле. В интересной книге «Мир в 2000 году. Свод международных прогнозов» немецкие авторы X. Байнхауер и Э. Шмаке, к сожалению, лишь косвенно затрагивают вопрос о почве. Однако некоторые их позиции важны для пас. Прогноз должен строиться на истории пауки п ее теперешнем состоянии: «...неверно думать, будто бы будущее может существовать без настоящего и прошлого». К 2000 г. по сравнению с 1970 г. мировое потребление энергии вырастет в 5 раз, урожайность - в 4 раза. Это будет достигнуто в результате кардинального решения энергетической проблемы, опреснения морской воды, орошения больших площадей ныне «бесплодных» почв, создания новых сортов сельскохозяйственных растений и видов удобрений (Байнхауэр, Шмаке, 1973, с. 11, 19). Нетрудно представить, что все эти сдвиги в мировом хозяйстве неизбежно будут связаны с успехами всех разветвлений почвоведения. Среди них на первое место выдвигается задача охраны почв «сегодня и завтра» (Badley, 1977; Keller, 1973). При всей новизне этой проблемы корпи у псе очень старые. За 17 веков до пашей эры вавилонские законы Хамураппи предусматривали кару за «порчу полей»; еще до пашей эры в индийской книге «Архашастра» присутствовала идеи охраны полей. Надо вспомнить интерес к почве П. Макиавелли и физиократов и особенно комплексный план охраны и преобразования природы степей, блестяще сформулированный Докучаевым. У нас на вооружении положение 1 . Маркса, что почва может постоянно улучшаться при правильном обращении с нею.

Влияние среды на организм.

Любой организм является открытой системой, а значит получает извне вещество, энергию, информацию и, таким образом, полностью зависит от среды. Это отражено в законе, открытым российским ученым К.Ф. Рулье: «результаты развития (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится» . Иногда этот закон называют первым экологическим законом, поскольку он универсален.

Организмы влияют на среду, изменяя газовый состав атмосферы (Н: в результате фотосинтеза), участвуют в формировании почвы, рельефа, климата и др.

Предел воздействия организмов на среду обитания описывает другой экологический закон (Куражковский Ю.Н.): каждый вид организмов, потребляя из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования.

1.2.2. Экологические факторы среды и их классификация.

Множество отдельных элементов среды обитания, влияющих на организмы хотя бы на одной из стадий индивидуального развития, называются экологическими факторами.

По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. (Слайд 1)

Абиотические факторы - это свойства неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности) и др., которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей среды, например, изменение состава почвы под влиянием бактерий или изменение микроклимата в лесу.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций, биоценозов и биосферы в целом.

Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Некоторые факторы среды считаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов - температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха - очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим, в зависимости от регулярности воздействия, экологические факторы делят на (Слайд 2):

· регулярно-периодические , меняющие силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане. Например: понижение температуры в умеренном климатическом поясе северной широты с наступлением зимы года и т.д.

· нерегулярно-периодические , явления катастрофического характера: бури, ливни, наводнения и т.д.

· непериодические, возникающие спонтанно, без четкой закономерности, разово. Например, возникновение нового вулкана, пожары, деятельность человека.

Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

По очередности факторы делятся на первичные и вторичные .

Первичные экологические факторы существовали на планете всегда, еще до появления живых существ, и все живое к этим факторам приспособилось (температура, давление, приливы, сезонная и суточная периодичность).

Вторичные экологические факторы возникают и изменяются благодаря изменчивости первичных экологических факторов (мутность воды, влажность воздуха и др.).

По действию на организм все факторы подразделяются на факторы прямого действия и косвенные .

По степени воздействия их подразделяют на летальный (приводящий к гибели), экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный, приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития).

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями: силой, давлением, частотой, интенсивностью и др.

1.2.3. Закономерности действия экологических факторов на организмы. Лимитирующий фактор. Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда. Учение об экологических оптимумах видов. Взаимодействие экологических факторов.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы. Любой экологический фактор может воздействовать на организм следующим образом (Слайд):

· изменять географическое распространение видов;

· изменять плодовитость и смертность видов;

· вызывать миграцию;

· способствовать появлению у видов приспособительных качеств и адаптаций.

Наиболее эффективно действие фактора при некотором значении фактора, оптимальном для организма, а не при его критических значениях. Рассмотрим закономерности действия фактора на организмы. (Слайд).

Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения (пессимума) . Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. Диапазон действия фактора между критическими точками называется зоной толерантности (выносливости) организма по отношению к данному фактору. Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора и называется точкой оптимума. Так как трудно определить точку оптимума, то обычно говорят о зоне оптимума или зоне комфорта. Таким образом, точки минимума, максимума и оптимума составляют три кардинальные точки , которые определяют возможные реакции организма на данный фактор. Условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, в экологии называют экстремальными .

Рассмотренные закономерности носят название «правило оптимума» .

Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором . Т.о. лимитирующий фактор – экологический фактор, значение которого выходит за границы выживаемости вида.

Например, заморы рыб зимой в водоемах вызваны нехваткой кислорода, карпы не живут в океана (соленая вода), миграцию почвенных червей вызывает избыток влаги и недостаток кислорода.

Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химик-органик Юстас Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха . (Бочка Либиха).

В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либиха американский зоолог В. Шелфорд, сформулировавший закон толерантности . Согласно закону толерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору

Принцип лимитирующих факторов справедлив для всех типов живых организмов - растений, животных, микроорганизмов и относится как к абиотическим, так и к биотическим факторам.

Например, лимитирующим фактором для развития организмов данного вида может стать конкуренция со стороны другого вида. В земледелии лимитирующим фактором часто становятся вредители, сорняки, а для некоторых растений лимитирующим фактором развития становится недостаток (или отсутствие) представителей другого вида. Например, в Калифорнию из средиземноморья завезли новый вид инжира, но он не плодоносил, пока оттуда же не завезли единственный для него вид пчел-опылителей.

В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом.

Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври", узкою «стено». Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными , а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибионтными .

Например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными , узкий диапазон температур характерен длястенотермных организмов. (Слайд). Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах и могут оказаться гибельными для стенотермных (рис. 4). Эвригидроидные и стеногидроидные организмы различаются реакцией на колебания влажности. Эвригалинные и стеногалинные – обладают разной реакцией на степень засоленности среды. Эвриойкные организмы способны жить в разных местах, а стеноойкные – проявляют жесткие требования к выбору местообитания.

По отношению к давлению все организмы подразделяются на эврибатные и стенобатные или стопобатные (глубоководные рыбы).

По отношению к кислороду выделяют эвриоксибионты (карась, карп) и стенооксибионт ы (хариус).

По отношению к территории (биотопу) – эвритопные (большая синица) и стенотопные (скопа).

По отношению к пище – эврифаги (врановые) и стенофаги , среди которых можно выделить ихтиофагов (скопа), энтомофаги (осоед, стриж, ласточка), герпетофаги (Птица – секретарь).

Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть весьма разнообразными, что создает многообразие адаптаций в природе. Совокупность экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида .

Предел толерантности организма изменяется при переходе из одной стадии развития в другую. Часто молодые организмы оказываются более уязвимыми и более требовательными к условиям среды, чем взрослые особи.

Наиболее критическим с точки зрения воздействия разных факторов является период размножения: в этот период многие факторы становятся лимитирующими. Экологическая валентность для размножающихся особей, семян, эмбрионов, личинок, яиц обычно уже, чем для взрослых неразмножающихся растений или животных того же вида.

Например, многие морские животные могут переносить солоноватую или пресную воду с высоким содержанием хлоридов, поэтому они часто заходят в реки вверх по течению. Но их личинки не могут жить в таких водах, так что вид не может размножаться в реке и не обосновывается здесь на постоянное местообитание. Многие птицы летят выводить птенцов в места с более теплым климатом и т.п.

До сих пор речь шла о пределе толерантности живого организма по отношению к одному фактору, но в природе все экологические факторы действуют совместно.

Оптимальная зона и пределы выносливости организма по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия экологических факторов (констелляция ).

Например, известно, что жару легче переносить при сухом, а не влажном воздухе; угроза замерзания значительно выше при низкой температуре с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Для роста растений необходим, в частности, такой элемент, как цинк, именно он часто оказывается лимитирующим фактором. Но для растений, растущих в тени, потребность в нем меньше, чем для находящихся на солнце. Происходит так называемая компенсация действия факторов.

Однако взаимная компенсация имеет определенные пределы и полностью заменить один из факторов другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из необходимых элементов минерального питания делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Отсюда следует вывод, что все условия среды, необходимые для поддержания жизни, играют равную роль и любой фактор может ограничивать возможности существования организмов - это закон равнозначности всех условий жизни.

Известно, что каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Условия, оптимальные для одних процессов, например для роста организма, могут оказаться зоной угнетения для других, например для размножения, и выходить за пределы толерантности, то есть приводить к гибели, для третьих. Поэтому жизненный цикл, в соответствии с которым организм в определенные периоды осуществляет преимущественно те или иные функции - питание, рост, размножение, расселение, - всегда согласован с сезонными изменениями факторов среды, как например с сезонностью в мире растений, обусловленной сменой времен года.

Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма . Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид живого возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ней и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде. Резкое и быстрое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям. На этом, в частности, основана одна из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся с резким изменением абиотических условий на планете: крупные организмы менее изменчивы, чем мелкие, поэтому для адаптации им нужно гораздо больше времени. В связи с этим коренные преобразования природы опасны для ныне существующих видов, в том числе и для самого человека.

1.2.4. Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды

Экологические факторы могут выступать как:

· раздражители и вызывать приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;

· ограничители , обусловливающие невозможность существования в данных условиях;

· модификаторы , вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов;

· сигналы , свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

В процессе приспособления к неблагоприятным условиям среды организмы смогли выработать три основных пути избегания последних.

Активный путь – способствует усилению сопротивляемости, развитию регуляторных процессов, которые позволяют осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на неблагоприятные факторы.

Например, теплокровность у млекопитающих и птиц.

Пассивный путь связан с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, явление скрытой жизни , сопровождающееся приостановлением жизнедеятельности при пересыхании водоема, похолодании и т.д., вплоть до состояния мнимой смерти или анабиоза .

Например, высушенные семена растений, их споры, а также мелкие животные (коловраткиЮ, нематоды) способны выдерживать температуры ниже 200 о С. Примеры анабиоза? Зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых живых организмов, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой .

Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года.

Обычный путь таких приспособлений – миграция.

Эволюционно возникающие приспособления организмов к условиям среды обитания, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей носит название адаптации . Существуют различные типа адаптаций.

Морфологические адаптации . У организмов возникают такие особенности внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях.

Например, обтекаемая форма тела у водных животных, строение суккулентов, приспособления галофитов.

Морфологический тип адаптации животного или растения, при котором они имеют внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида . В процессе приспособления к одинаковым условиям среды разные виды могут иметь сходную жизненную форму.

Например, кит, дельфин, акула, пингвин.

Физиологические адаптации проявляются в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи.

Например, обеспечение влагой за счет окисления жира у верблюдов.

Поведенческие адаптации – проявляются в создании убежищ, передвижении с целью выбора наиболее благоприятных условий, отпугивание хищников, затаивание, стайное поведение и др.

Адаптации каждого организма определяются его генетической предрасположенностью. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности гласит: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать. Резкое и быстрое изменение условий среды обитания может привести к тому, что скорость приспособительных реакций будет отставать от изменения условий среды, что приведет к иллиминации вида. Сказанное в полной мере относится и к человеку.

1.2.5. Основные абиотические факторы.

Напомним еще раз, что абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. На Слайде 3 приведена классификация абиотических факторов.

Температура является наиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение . Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. И хотя для разных видов организмов (эвритермных и стенотермных ) эти интервалы различны, для большинства из них зона оптимальных температур, при которых жизненные функции осуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 С: от -200 до +100 С. Но большинство видов и большая часть их активности приурочены к еще более узкому диапазону температур. Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать по крайней мере некоторое время, при очень низких температурах. Отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться при температурах, близких к точке кипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88 С, для сине-зеленых водорослей - 80 С, а для самых устойчивых рыб и насекомых - около 50 С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхних пределов диапазона толерантности функционируют более эффективно.

У водных животных диапазон толерантности к температуре обычно более узок по сравнению с наземными животными, так как диапазон колебаний температуры в воде меньше, чем на суше.

С точки зрения воздействия на живые организмы крайне важна изменчивость температуры. Температура, колеблющаяся от 10 до 20 С (в среднем составляющая 15 С), не обязательно действует на организм так же, как постоянная температура 15 С. Жизнедеятельность организмов, которые в природе обычно подвергаются воздействию переменных температур, подавляется полностью или частично или замедляется под действием постоянной температуры. С помощью переменной температуры удалось ускорить развитие яиц кузнечика в среднем на 38,6 % по сравнению с их развитием при постоянной температуре. Пока не ясно, обусловлен ли ускоряющий эффект самими колебаниями температуры или усиленным ростом, вызываемым кратковременным повышением температуры и не компенсирующимся замедлением роста при ее понижении.

Таким образом, температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных. Температура часто создает зональность и стратификацию в водных и наземных местообитаниях.

Вода физиологически необходима для любой протоплазмы. С экологической точки зрения она служит лимитирующим фактором как в наземных местообитаниях, так и в водных, где ее количество подвержено сильным колебаниям, или там, где высокая соленость способствует потере воды организмом через осмос. Все живые организмы в зависимости от потребности их в воде, а следовательно, и от различий местообитания, подразделяются на ряд экологических групп: водные или гидрофильные - постоянно живущие в воде; гигрофильные - живущие в очень влажных местообитаниях; мезофильные - отличающиеся умеренной потребностью в воде и ксерофильные - живущие в сухих местообитаниях.

Количество осадков и влажность - основные величины, измеряемые при изучении этого фактора. Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещений воздушных масс. Например, ветры, дующие с океана, оставляют большую часть влаги на обращенных к океану склонах, в результате чего за горами остается "дождевая тень", способствующая формированию пустыни. Двигаясь в глубь суши, воздух аккумулирует некоторое количество влаги, и количество осадков опять увеличивается. Пустыни, как правило, расположены за высокими горными хребтами или вдоль тех берегов, где ветры дуют из обширных внутренних сухих районов, а не с океана, например, пустыня Нами в Юго-Западной Африке. Распределение осадков по временам года - крайне важный лимитирующий фактор для организмов. Условия, создающиеся в результате равномерного распределения осадков, совершенно иные, чем при выпадении осадков в течение одного сезона. В этом случае животным и растениям приходится переносить периоды длительной засухи. Как правило, неравномерное распределение осадков по временам года встречается в тропиках и субтропиках, где нередко хорошо выражены влажный и сухой сезоны. В тропическом поясе сезонный ритм влажности регулирует сезонную активность организмов аналогично сезонному ритму тепла и света в условиях умеренного пояса. Роса может представлять собой значительный, а в местах с малым выпадением дождей и очень важный вклад в общее количество осадков.

Влажность - параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютной влажностью называют количество водяного пара в единице объема воздуха. В связи с зависимостью количества пара, удерживаемого воздухом, от температуры и давления, введено понятие относительной влажности - это отношение пара, содержащегося в воздухе, к насыщающему пару при данных температуре и давлении. Так как в природе существуют суточный ритм влажности - повышение ночью и снижение днем, и колебание ее по вертикали и горизонтали, этот фактор наряду со светом и температурой играет важную роль в регулировании активности организмов. Влажность изменяет эффекты высоты температуры. Например, при условиях влажности, близких к критическим, температура оказывает более важное лимитирующее влияние. Аналогично влажность играет более критическую роль, если температура близка к предельным значениям. Крупные водоемы значительно смягчают климат суши, так как для воды характерна большая скрытая теплота парообразования и таяния. Фактически существуют два основных типа климата: континентальный с крайними значениями температуры и влажности и морской, которому свойственны менее резкие колебания, что объясняется смягчающим влиянием крупных водоемов.

Доступный живым организмам запас поверхностной воды зависит от количества осадков в данном районе, но эти величины не всегда совпадают. Так, пользуясь подземными источниками, куда вода поступает из других районов, животные и растения могут получать больше воды, чем от поступления ее с осадками. И наоборот, дождевая вода иногда сразу же становится недоступной для организмов.

Излучение Солнца представляет собой электромагнитные волны различной длины. Оно совершенно необходимо живой природе, так как является основным внешним источником энергии. Спектр распределения энергии излучения Солнца за пределами земной атмосферы (рис.6) показывает, что около половины солнечной энергии излучается в инфракрасной области, 40 % - в видимой и 10 % - в ультрафиолетовой и рентгеновской областях.

Надо иметь в виду то, что спектр электромагнитного излучения Солнца весьма широк (рис. 7) и его частотные диапазоны различным образом воздействуют на живое вещество. Земная атмосфера, включая озоновый слой, селективно, то есть избирательно по частотным диапазонам, поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца и до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 0,3 до 3 мкм. Более длинно и коротковолновое излучение поглощается атмосферой.

С увеличением зенитного расстояния Солнца возрастает относительное содержание инфракрасного излучения (от 50 до 72 %).

Для живого вещества важны качественные признаки света - длина волны, интенсивность и продолжительность воздействия.

Известно, что животные и растения реагируют на изменение длины волны света. Цветовое зрение распространено в разных группах животных пятнисто: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать.

Интенсивность фотосинтеза варьируется с изменением длины волны света. Например, при прохождении света через воду красная и синяя части спектра отфильтровываются и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако красные водоросли имеют дополнительные пигменты (фикоэритрины), позволяющие им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.

И у наземных, и у водных растений фотосинтез связан с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым во многих случаях следует снижение интенсивности фотосинтеза при высоких интенсивностях прямого солнечного света. У некоторых растений, например у эвкалипта, фотосинтез не ингибируется прямым солнечным светом. В данном случае имеет место компенсация факторов, так как отдельные растения и целые сообщества приспосабливаются к различным интенсивностям света, становясь адаптированными к тени (диатомовые, фитопланктон) или к прямому солнечному свету.

Продолжительность светового дня, или фотопериод, является "реле времени" или пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов, приводящих к росту, цветению многих растений, линьке и накоплению жира, миграции и размножению у птиц и млекопитающих и к наступлению диапаузы у насекомых. Некоторые высшие растения цветут при увеличении длины дня (растения длинного дня), другие зацветают при сокращении дня (растения короткого дня). У многих организмов, чувствительных к фотопериоду, настройку биологических часов можно изменить экспериментальным изменением фотопериода.

Ионизирующее излучение выбивает электроны из атомов и присоединяет их к другим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Его источником служат радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах, кроме того, оно поступает из космоса.

Разные виды живых организмов сильно отличаются по своим способностям выдерживать большие дозы радиационного облучения. Например, доза 2 Зв (зивера) – вызывает гибель зародышей некоторых насекомых на стадии дробления, доза 5 Зв приводит к стерильности некоторых видов насекомых, доза 10 Зв абсолютно смертельна для млекопитающих. Как показывают данные большей части исследований, наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки.

Воздействие малых доз радиации оценить сложнее, так как они могут вызвать отдаленные генетические и соматические последствия. Например, облучение сосны дозой 0,01 Зв в сутки на протяжении 10 лет вызвало замедление скорости роста, аналогичное однократной дозе 0,6 Зв. Повышение уровня излучения в среде над фоновым приводит к повышению частоты вредных мутаций.

У высших растений чувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеру клеточного ядра, а точнее объему хромосом или содержанию ДНК.

У высших животных не обнаружено такой простой зависимости между чувствительностью и строением клеток; для них более важное значение имеет чувствительность отдельных систем органов. Так, млекопитающие очень чувствительны даже к низким дозам радиации вследствие легкой повреждаемости облучением быстро делящейся кроветворной ткани костного мозга. Даже очень низкие уровни хронически действующего ионизирующего излучения могут вызвать в костях и в других чувствительных тканях рост опухолевых клеток, что может проявиться лишь через много лет после облучения.

Газовый состав атмосферы также является важным климатическим фактором (рис. 8). Примерно 3-3,5 млрд лет назад атмосфера содержала азот, аммиак, водород, метан и водяной пар, а свободный кислород в ней отсутствовал. Состав атмосферы в значительной степени определялся вулканическими газами. Из-за отсутствия кислорода не существовало озонового экрана, задерживающего ультрафиолетовое излучение Солнца. С течением времени за счет абиотических процессов в атмосфере планеты стал накапливаться кислород, началось формирование озонового слоя. Примерно в середине палеозоя потребление кислорода сравнялось с его образованием, в этот период содержание О2 в атмосфере было близко к современному - около 20 % . Далее, с середины девона, наблюдаются колебания в содержании кислорода. В конце палеозоя произошло заметное, примерно до 5 % современного уровня, снижение содержания кислорода и повышение содержания углекислого газа, приведшие к изменению климата и, по-видимому, послужившие толчком к обильному "автотрофному" цветению, создавшему запасы ископаемого углеводородного топлива. Затем последовало постепенное возвращение к атмосфере с низким содержанием углекислого газа и высоким содержанием кислорода, после чего отношение О2/СО2 остается в состоянии так называемого колебательного стационарного равновесия.

В настоящее время атмосфера Земли имеет следующий состав: кислород ~21 %, азот ~78 %, углекислый газ ~0,03 %, инертные газы и примеси ~0,97 % . Интересно, что концентрации кислорода и углекислого газа являются лимитирующими для многих высших растений. У многих растений удается повысить эффективность фотосинтеза, повысив концентрацию углекислого газа, однако малоизвестно, что снижение концентрации кислорода также может приводить к увеличению фотосинтеза. В опытах на бобовых и многих других растениях было показано, что понижение содержания кислорода в воздухе до 5 % повышает интенсивность фотосинтеза на 50 % . Крайне важную роль играет также азот. Это важнейший биогенный элемент, участвующий в образовании белковых структур организмов. Ветер оказывает лимитирующее воздействие на активность и распространение организмов.

Ветер способен даже изменять внешний вид растений, особенно в тех местообитаниях, например в альпийских зонах, где лимитирующее воздействие оказывают другие факторы. Экспериментально показано, что в открытых горных местообитаниях ветер лимитирует рост растений: когда построили стену, защищавшую растения от ветра, высота растений увеличилась. Большое значение имеют бури, хотя их действие сугубо локально. Ураганы и обычные ветры способны переносить животных и растения на большие расстояния и тем самым изменять состав сообществ.

Атмосферное давление , по-видимому, не является лимитирующим фактором непосредственного действия, однако оно имеет прямое отношение к погоде и климату, которые оказывают непосредственное лимитирующее воздействие.

Водные условия создают своеобразную среду обитания организмов, отличающуюся от наземной прежде всего плотностью и вязкостью. Плотность воды примерно в 800 раз, а вязкость примерно в 55 раз выше, чем у воздуха. Вместе с плотностью и вязкостью важнейшими физико-химическими свойствами водной среды являются: температурная стратификация, то есть изменение температуры по глубине водного объекта и периодические изменения температуры во времени, а также прозрачность воды, определяющая световой режим под ее поверхностью: от прозрачности зависит фотосинтез зеленых и пурпурных водорослей, фитопланктона, высших растений.

Как и в атмосфере, важную роль играет газовый состав водной среды. В водных местообитаниях количество кислорода, углекислого газа и других газов, растворенных в воде и потому доступных организмам, сильно варьируется во времени. В водоемах с высоким содержанием органических веществ кислород является лимитирующим фактором первостепенной важности. Несмотря на лучшую растворимость кислорода в воде по сравнению с азотом, даже в самом благоприятном случае в воде содержится меньше кислорода, чем в воздухе, примерно 1 % по объему. На растворимость влияют температура воды и количество растворенных солей: при понижении температуры растворимость кислорода растет, при повышении солености - снижается. Запас кислорода в воде пополняется благодаря диффузии из воздуха и фотосинтезу водных растений. Кислород диффундирует в воду очень медленно, диффузии способствует ветер и движение воды. Как уже упоминалось, важнейшим фактором, обеспечивающим фотосинтетическую продукцию кислорода, является свет, проникающий в толщу воды. Таким образом, содержание кислорода меняется в воде в зависимости от времени суток, времени года и местоположения.

Содержание углекислого газа в воде также может сильно варьироваться, но по своему поведению углекислый газ отличается от кислорода, а его экологическая роль мало изучена. Углекислый газ хорошо растворяется в воде, кроме того, в воду поступает СО2, образующийся при дыхании и разложении, а также из почвы или подземных источников. В отличие от кислорода углекислый газ вступает в реакцию с водой:

с образованием угольной кислоты, которая реагирует с известью, образуя карбонаты СО22- и гидрокарбонаты НСО3-. Эти соединения поддерживают концентрацию водородных ионов на уровне, близком к нейтральному значению. Небольшое количество углекислого газа в воде повышает интенсивность фотосинтеза и стимулирует процессы развития многих организмов. Высокая же концентрация углекислого газа является лимитирующим фактором для животных, так как она сопровождается низким содержанием кислорода. Например, при слишком высоком содержании свободного углекислого газа в воде погибают многие рыбы.

Кислотность - концентрация водородных ионов (рН) - тесно связана с карбонатной системой. Значение рН изменяется в диапазоне 0 ? рН? 14: при рН=7 среда нейтральная, при рН<7 - кислая, при рН>7 - щелочная. Если кислотность не приближается к крайним значениям, то сообщества способны компенсировать изменения этого фактора - толерантность сообщества к диапазону рН весьма значительна. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. В водах с низким рН содержится мало биогенных элементов, поэтому продуктивность здесь крайне мала.

Соленость - содержание карбонатов, сульфатов, хлоридов и т.д. - является еще одним значимым абиотическим фактором в водных объектах. В пресных водах солей мало, из них около 80 % приходится на карбонаты. Содержание минеральных веществ в мировом океане составляет в среднем 35 г/л. Организмы открытого океана обычно стеногалинны, тогда как организмы прибрежных солоноватых вод в общем эвригалинны. Концентрация солей в жидкостях тела и тканях большинства морских организмов изотонична концентрации солей в морской воде, так что здесь не возникает проблем с осморегуляцией.

Течение не только сильно влияет на концентрацию газов и питательных веществ, но и прямо действует как лимитирующий фактор. Многие речные растения и животные морфологически и физиологически особым образом приспособлены к сохранению своего положения в потоке: у них есть вполне определенные пределы толерантности к фактору течения.

Гидростатическое давление в океане имеет большое значение. С погружением в воду на 10 м давление возрастает на 1 атм (105 Па) . В самой глубокой части океана давление достигает 1000 атм (108 Па) . Многие животные способны переносить резкие колебания давления, особенно, если у них в теле нет свободного воздуха. В противном случае возможно развитие газовой эмболии. Высокие давления, характерные для больших глубин, как правило, угнетают процессы жизнедеятельности.

Почвой называют слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры. Русский ученый - естествоиспытатель Василий Васильевич Докучаев в 1870 году первым рассмотрел почву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва постоянно изменяется и развивается, а в ее активной зоне идут химические, физические и биологические процессы. Почва формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Советский академик почвовед Василий Робертович Вильямс дал еще одно определение почвы - это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Рост растений зависит от содержания необходимых питательных веществ в почве и от ее структуры.

В состав почвы входят четыре основных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60 % общего состава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (15-25 %) и вода (25-30 %).

Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания.

Свыше 50 % минерального состава почвы занимает кремнезем SiO2, от 1 до 25 % приходится на глинозем Al2О3, от 1 до 10 % - на оксиды железа Fe2О3, от 0,1 до 5 % - на оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Минеральные элементы, образующие вещество почвенного скелета, различны по размерам: от валунов и камней до песчаных крупинок - частиц диаметром 0,02-2 мм, ила - частиц диаметром 0,002-0,02 мм и мельчайших частиц глины размером менее 0,002 мм в диаметре. Их соотношение определяет механическую структуру почвы . Она имеет большое значение для сельского хозяйства. Глины и суглинки, содержащие примерно равное количество глины и песка, обычно пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны удерживать влагу. Песчаные почвы быстрее дренируются и теряют питательные вещества из-за выщелачивания, но их выгоднее использовать для получения ранних урожаев, так как их поверхность высыхает весной быстрее, чем у глинистых почв, что приводит к лучшему прогреванию. С увеличением каменистости почвы уменьшается ее способность удерживать воду.

Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей и экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения - аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, - называется гумусом. Благодаря своим физическим и химическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и ее аэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

Одновременно с процессом гумификации жизненно важные элементы переходят их органических соединений в неорганические, например: азот - в ионы аммония NH4+, фосфор - в ортофосфатионы H2PO4-, сера - в сульфатионы SO42-. Этот процесс называется минерализацией.

Почвенный воздух так же как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность возрастает от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходный состав. Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Кислород необходим для корней растений, почвенных животных и организмов-редуцентов, разлагающих органическое вещество на неорганические составляющие. Если идет процесс заболачивания, то почвенный воздух вытесняется водой и условия становятся анаэробными. Почва постепенно становится кислой, так как анаэробные организмы продолжают вырабатывать углекислый газ. Почва, если она небогата основаниями, может стать чрезвычайно кислой, а это наряду с истощением запасов кислорода неблагоприятно воздействует на почвенные микроорганизмы. Длительные анаэробные условия ведут к отмиранию растений.

Почвенные частицы удерживают вокруг себя некоторое количество воды, определяющей влажность почвы. Часть ее, называемая гравитационной водой, может свободно просачиваться в глубь почвы. Это ведет к вымыванию из почвы различных минеральных веществ, в том числе азота. Вода может также удерживаться вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Эту воду называют гигроскопической. Она адсорбируется на поверхности частиц за счет водородных связей. Эта вода наименее доступна для корней растений и именно она последней удерживается в очень сухих почвах. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц, поэтому в глинистых почвах ее намного больше - примерно 15 % массы почвы, чем в песчанистых - примерно 0,5 % . По мере того, как накапливаются слои воды вокруг почвенных частиц, она начинает заполнять сначала узкие поры между этими частицами, а затем распространяется во все более широкие поры. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную, которая удерживается вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения. Капиллярная вода может подниматься по узким порам и канальцам от уровня грунтовых вод. Растения легко поглощают капиллярную воду, которая играет наибольшую роль в регулярном снабжении их водой. В отличие от гигроскопической влаги эта вода легко испаряется. Тонкоструктурные почвы, например глины, удерживают больше капиллярной воды, чем грубоструктурные, такие, как пески.

Вода необходима всем почвенным организмам. Она поступает в живые клетки путем осмоса.

Вода также важна как растворитель для питательных веществ и газов, поглощаемых из водного раствора корнями растений. Она принимает участие в разрушении материнской породы, подстилающей почву, и в процессе почвообразовния.

Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений ядом, другие - жизненно не-обходимы. Концентрация в почве ионов водорода (кислотность) рН>7, то есть в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют рН = 8...9, а торфяные - до 4. На этих почвах развивается специфическая растительность.

В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий 1000-7000, микроскопических грибов - 100-1000, водорослей 100-300, членистоногих - 1000, червей 350-1000.

В почве осуществляются процессы синтеза, биосинтеза, протекают различные химические реакции преобразования веществ, связанные с жизнедеятельностью бактерий. При отсутствии в почве специализированных групп бактерий их роль выполняют почвенные животные, которые переводят крупные растительные остатки в микроскопические частицы и таким образом делают органические вещества доступными для микроорганизмов.

Органические вещества вырабатываются растениями при использовании минеральных солей, солнечной энергии и воды. Таким образом, почва теряет минеральные вещества, которые растения взяли из нее. В лесах часть питательных веществ вновь возвращается в почву через листопад. Культурные растения за какой-то период времени изымают из почвы значительно больше биогенных веществ, чем возвращают в нее. Обычно потери питательных веществ восполняются внесением минеральных удобрений, которые в основном прямо не мо-гут быть использованы растениями и должны быть трансформированы микроорганизмами в биологически доступную форму. При отсутствии таких микроорганизмов почва теряет плодородие.

Основные биохимические процессы протекают в верхнем слое почвы толщиной до 40 см, так как в нем обитает наибольшее количество микроорганизмов. Одни бактерии участвуют в цикле превращения только одного элемента, другие - в циклах превращения многих элементов. Если бактерии минерализуют органическое вещество - разлагают органическое вещество на неорганические соединения, то простейшие уничтожают избыточное количество бактерий. Дождевые черви, личинки жуков, клещи разрыхляют почву и этим способствуют ее аэрации. Кроме того, они перерабатывают трудно расщепляемые органические вещества.

К абиотическим факторам среды обитания живых организмов относятся также факторы рельефа (топография) . Влияние топографии тесно связано с другими абиотическими факторами, так как она может сильно сказываться на местном климате и развитии почвы.

Главным топографическим фактором является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность.

Горные цепи могут служить климатическими барьерами. Горы служат также барьерами для распространения и миграции организмов и могут играть роль лимитирующего фактора в процессах видообразования.

Еще один топографический фактор - экспозиция склона . В северном полушарии склоны, обращенные на юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света и температура здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. В южном полушарии имеет место обратная ситуация.

Важным фактором рельефа является также крутизна склона . Для крутых склонов характерны быстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие. Если уклон превышает 35Ь, почва и растительность обычно не образуются, а создаются осыпи из рыхлого материала.

Среди абиотических факторов особого внимания заслуживает огонь или пожар . В настоящее время экологи пришли к однозначному мнению, что пожар надо рассматривать как один из естественных абиотических факторов наряду с климатическими, эдафическими и другими факторами.

Пожары как экологический фактор бывают различных типов и оставляют после себя различные последствия. Верховые или дикие пожары, то есть очень интенсивные и не поддающиеся сдерживанию, разрушают всю растительность и всю органику почвы, последствия же низовых пожаров совершенно иные. Верховые пожары оказывают лимитирующее действие на большинство организмов - биотическому сообществу приходится начинать все сначала, с того немногого, что осталось, и должно пройти много лет, пока участок снова станет продуктивным. Низовые пожары, напротив, обладают избирательным действием: для одних организмов они оказываются более лимитирующим, для других - менее лимитирующим фактором и таким образом способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к пожарам. Кроме того, небольшие низовые пожары дополняют действие бактерий, разлагая умершие растения и ускоряя превращение минеральных элементов питания в форму, пригодную для использования новыми поколениями растений.

Если низовые пожары случаются регулярно раз в несколько лет, на земле остается мало валежника, это снижает вероятность возгорания крон. В лесах, не горевших более 60 лет, накапливается столько горючей подстилки и отмершей древесины, что при ее воспламенении верховой пожар почти неизбежен.

Растения выработали специальные адаптации к пожару, так же, как они сделали по отношению к другим абиотическим факторам. В частности, почки злаков и сосен скрыты от огня в глубине пучков листьев или хвоинок. В периодически выгорающих местообитаниях эти виды растений получают преимущества, так как огонь способствует их сохранению, избирательно содействуя их процветанию. Широколиственные же породы лишены защитных приспособлений от огня, он для них губителен.

Таким образом, пожары поддерживают устойчивость лишь некоторых экосистем. Листопадным и влажным тропическим лесам, равновесие которых складывалось без влияния огня, даже низовой пожар может причинить большой ущерб, разрушив богатый гумусом верхний горизонт почвы, приведя к эрозии и вымыванию из нее биогенных веществ.

Вопрос "жечь или не жечь" непривычен для нас. Последствия выжигания могут быть очень разными в зависимости от времени и интенсивности. По своей неосторожности человек нередко бывает причиной увеличения частоты диких пожаров, поэтому необходимо активно бороться за пожарную безопасность в лесах и зонах отдыха. Частное лицо ни в коем случае не имеет права намеренно или случайно вызывать пожар в природе. Вместе с тем необходимо знать, что использование огня специально обученными людьми является частью правильного землепользования.

Для абиотических условий справедливы все рассмотренные законы воздействия экологических факторов на живые организмы. Знание этих законов позволяет ответить на вопрос: почему в разных регионах планеты сформировались разные экосистемы? Основная причина - своеобразие абиотических условий каждого региона.

Популяции концентрируются на определенной территории и не могут быть распространены повсюду с одинаковой плотностью, поскольку имеют ограниченный диапазон толерантности по отношению к факторам окружающей среды. Следовательно, для каждого сочетания абиотических факторов характерны свои виды живых организмов. Множество вариантов сочетаний абиотических факторов и приспособленных к ним видов живых организмов обуславливают разнообразие экосистем на планете.

1.2.6. Основные биотические факторы.

Ареалы распространения и численность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешней неживой среды, но и их отношениями с организмами других видов. Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду , а факторы этой среды называются биотическими . Представители каждого вида способны существовать в таком окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные условия жизни.

Выделяют следующие формы биотических отношений. Если обозначить положительные результаты отношений для организма знаком "+", отрицательные результаты - знаком "-", а отсутствие результатов - "0", то встречающиеся в природе типы взаимоотношений между живыми организмами можно представить в виде табл. 1.

Эта схематичная классификация дает общее представление о разнообразии биотических отношений. Рассмотрим характерные особенности отношений различных типов.

Конкуренция является в природе наиболее всеохватывающим типом отношений, при котором две популяции или две особи в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно .

Конкуренция может быть внутривидовой и межвидовой . Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренция имеет место между особями разных видов. Конкурентное взаимодействие может касаться:

· жизненного пространства,

· пищи или биогенных элементов,

· места укрытия и многих других жизненно важных факторов.

Преимущества в конкурентной борьбе достигаются видами различными способами. При одинаковом доступе к ресурсу общего пользования один вид может иметь преимущество перед другим за счет:

· более интенсивного размножения,

· потребления большего количества пищи или солнечной энергии,

· способности лучше защитить себя,

· адаптироваться к более широкому диапазону температур, освещенности или концентрации определенных вредных веществ.

Межвидовая конкуренция, независимо от того, что лежит в ее основе, может привести либо к установлению равновесия между двумя видами, либо к замене популяции одного вида популяцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место или же заставит его перейти на использование иных ресурсов. Установлено, что два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могут сосуществовать в одном месте и рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Это так называемый принцип исключения или принцип Гаузе.

Популяции некоторых видов живых организмов избегают или снижают конкуренцию переселением в другой регион с приемлемыми для себя условиями либо переходом на более труднодоступную или трудноусваиваемую пищу, либо сменой времени или места добычи корма. Так, например, ястребы питаются днем, совы - ночью; львы охотятся на более крупных животных, а леопарды - на более мелких; для тропических лесов характерна сложившаяся стратификация животных и птиц по ярусам.

Из принципа Гаузе следует, что каждый вид в природе занимает определенное своеобразное место. Оно определяется положением вида в пространстве, выполняемыми им функциями в сообществе и его отношением к абиотическим условиям существования. Место, занимаемое видом или организмом в экосистеме, называется экологической нишей. Образно говоря, если местообитание - это как бы адрес организмов данного вида, то экологическая ниша - это профессия, роль организма в месте его обитания.

Вид занимает свою экологическую нишу, чтобы выполнять отвоеванную им у других видов функцию только ему присущим способом, осваивая таким образом среду обитания и в то же время формируя ее. Природа очень экономна: даже два вида, занимающих одну и ту же экологическую нишу, не могут устойчиво существовать. В конкурентной борьбе один вид вытеснит другой.

Экологическая ниша как функциональное место вида в системе жизни не может долго пустовать - об этом говорит правило обязательного заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Экологическая ниша как функциональное место вида в экосистеме позволяет форме, способной выработать новые приспособления, заполнить эту нишу, однако иногда это требует значительного времени. Нередко кажущиеся специалисту пустующие экологические ниши - лишь обман. Поэтому человек должен быть предельно осторожен с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации (интродукции). Акклиматизация - это комплекс мероприятий по вселению вида в новые места обитания, проводимый в целях обогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами.

Расцвет акклиматизаторства пришелся на двадцатые - сороковые годы двадцатого столетия. Однако по прошествии времени стало очевидно, что либо опыты акклиматизации видов были безуспешны, либо, что хуже, принесли весьма негативные плоды - виды стали вредителями или распространяли опасные заболевания. Например, с акклиматизированной в европейской части дальневосточной пчелой были занесены клещи, явившиеся возбудителями заболевания варроатоза, погубившего большое число пчелосемей. Иначе и не могло быть: помещенные в чужую экосистему с фактически занятой экологической нишей новые виды вытесняли тех, кто уже выполнял аналогичную работу. Новые виды не соответствовали нуждам экосистемы, иногда не имели врагов и поэтому могли бурно размножаться.

Классическим примером тому является интродукция кроликов в Австралию. В 1859 году в Австралию из Англии для спортивной охоты завезли кроликов. Природные условия оказались для них благоприятными, а местные хищники - динго - не опасными, так как бегали недостаточно быстро. В результате кролики расплодились настолько, что на обширных территориях уничтожили растительность пастбищ. В некоторых случаях введение в экосистему естественного врага заносного вредителя приносило успех в борьбе с последним, но здесь не все так просто, как кажется на первый взгляд. Завезенный враг совершенно необязательно сосредоточится на истреблении своей привычной добычи. Например, лисы, интродуцированные в Австралию для уничтожения кроликов, нашли в изобилии более легкую добычу - местных сумчатых, не доставляя запланированной жертве особых хлопот.

Конкурентные отношения отчетливо наблюдаются не только на межвидовом, но и на внутривидовом (популяционном) уровне. При росте популяции, когда численность ее особей приближается к насыщению, вступают в действие внутренние физиологические механизмы регуляции: возрастает смертность, снижается плодовитость, возникают стрессовые ситуации, драки. Изучением этих вопросов занимается популяционная экология.

Конкурентные отношения являются одним из важнейших механизмов формирования видового состава сообществ, пространственного распределения видов популяций и регуляции их численности.

Поскольку в структуре экосистемы преобладают пищевые взаимодействия, наиболее характерной формой взаимодействия видов в трофических цепях является хищничество , при котором особь одного вида, называемая хищником, питается организмами (или частями организмов) другого вида, называемого жертвой, причем хищник живет отдельно от жертвы. В таких случаях говорят, что два вида вовлечены в отношения хищник - жертва.

Виды-жертвы выработали целый ряд защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищника: умение быстро бегать или летать, выделение химических веществ с запахом, отпугивающим хищника или даже отравляющим его, обладание толстой кожей или панцирем, защитной окраской или способностью изменять цвет.

У хищников тоже есть несколько способов добычи жертвы. Плотоядные, в отличие от травоядных, обычно вынуждены преследовать и догонять свою жертву (сравните, например, растительноядных слонов, бегемотов, коров с плотоядными гепардами, пантерами и т.п.). Одни хищники вынуждены быстро бегать, другие достигают своей цели, охотясь стаями, третьи отлавливают преимущественно больных, раненых и неполноценных особей. Другой путь обеспечения себя животной пищей - это путь, по которому пошел человек, - изобретение орудий лова и одомашнивание животных.

Пути воздействия организмов на среду обитания

Живые организмы сильно влияют на среду обитания уже тем, что живут в ней. Они дышат, питаются, выделяют продукты обмена, растут и размножаются, перемещаются в пространстве, проявляют разные формы активности. В результате этого изменяются и газовый состав воздуха, и микроклимат, и почва, и чистота вод, и другие особенности местообитаний. И хотя воздействие каждого отдельного организма на окружающую среду может быть мало, масштабы суммарной активности живых существ огромны. Влияние организмов на среду обитания называют их средообразующей деятельностью.

Влияние растений на климат и водный режим

Фотосинтез - главный источник кислорода в земной атмосфере. Растения создают условия для дыхания миллиардам живых существ, включая людей. Потребности в кислороде лишь одного человека за 70-80 лет жизни составляют несколько десятков тонн. Если представить, что фотосинтез на планете прекратится, весь кислород атмосферы израсходуется всего за 2000 лет. Содержание в воздухе азота, углекислого газа и ряда других соединений также зависит от жизнедеятельности различных организмов.

Поглощение и испарение воды наземными растениями влияет на водный режим их местообитаний и на климат в целом. За час выделяется до 2,5 г воды с каждого квадратного дециметра листвы. Это составляет ежечасно многие тонны воды с гектара. Одно только дерево березы испаряет в день до 100 л воды.

Увлажняя воздух, задерживая движение ветра, растительность создает особый микроклимат, смягчающий условия существования многих видов. В лесу колебания температуры в течение года и суток меньше, чем на открытых пространствах. Леса сильно изменяют также условия влажности: снижают уровень грунтовых вод, задерживают осадки, способствуют осаждению росы и тумана, предотвращают эрозию почвы. В них возникает особый световой режим, позволяющий тенелюбивым видам расти под пологом более светолюбивых.

Почвообразующая деятельность живых организмов

Совместная деятельность множества организмов создает почву. Сбрасывая ежегодно листву, растительность образует на поверхности земли слой мертвого органического вещества. Этот слой растительного опада служит источником пищи и средой обитания для огромного количества мелких организмов - бактерий, грибов, животных, которые разрушают и перерабатывают его до неорганических молекул. Освободившиеся минеральные вещества вновь идут на питание растений. Некоторая часть органических веществ превращается в почвенный гумус. Это сложные соединения, которые улучшают структуру почвы, ее влаго- и воздухопроницаемость. Тем самым улучшаются условия для развития корней растений. Таким образом, процесс образования почвы в первую очередь зависит от пищевой активности множества живых существ, использующих энергию мертвого органического вещества.

Каждый комочек почвы содержит миллионы клеток различных микроорганизмов. Кроме них, на каждый квадратный метр почвы приходятся сотни тысяч мелких животных, различимых только в микроскоп, и тысячи - видимых простым глазом. Особенно важна для жизни почвы деятельность дождевых червей. Их нормальная численность в лесах и на лугах составляет от нескольких десятков до нескольких сотен особей на квадратный метр. Дождевые черви разрыхляют и перемешивают слои почвы, улучшают условия для прорастания корней растений, затягивают вглубь растительные остатки. Выделения из их кишечников представляют прочные органо-минеральные комочки. Большое их количество в почве резко улучшает ее структуру и повышает плодородие. При высокой численности дождевые черви за год могут образовывать до 120 т таких комочков на 1 га. Таким образом, почва - это среда обитания, созданная деятельностью самих живых организмов.

Деятельность животных может иногда определять особенности ландшафта. Настоящие плотины устраивают бобры .

Крупные животные-норники, такие, как суслики или сурки , обеспечивают мозаичность растительного и почвенного покрова, так как за счет выбросов почвы формируется микрорельеф, перераспределяющий осадки и видовой состав растений.

Роющая деятельность норных животных в степи. Слева направо: перевязка, безногая ящерица желтопузик, слепыш, обыкновенный хомяк, степная пеструшка, европейский суслик, байбак

Влияние водных организмов на качество природных вод

Качество воды в водоемах во многом зависит от фильтрующих животных. Многие из них ведут сидячий образ жизни или “парят” в толще воды, отцеживая из окружающей среды пищевые частицы. Многочисленные пластинчатожаберные моллюски, такие, как устрицы и мидии в морях, а в пресных водах - перловицы, беззубки, дрейссены , ресничками на ротовых лопастях подгоняют воду к ротовому отверстию и сортируют взвесь. При этом частицы, непригодные в пищу, формируются в комочки и осаждаются на дно. Мелкие рачки, такие, как дафнии , отцеживают пищевую взвесь густыми щеточками щетинок на своих конечностях. Личинки мошек в ручьях отфильтровывают пищу пучками щетинок на голове, а личинки комаров - щетками на верхней губе. Активно процеживают воду через жаберный аппарат некоторые рыбы, как, например, толстолобик и китовая акула .

Фильтрационное питание наблюдается у 40 тысяч видов водных животных. В результате этой деятельности происходит биологическое самоочищение водоемов, и от него зависит качество воды. Одна перловица длиной 5-6 см при температуре 20 °С очищает до 16 л воды в сутки. В прудах и озерах, где много мелких рачков, весь объем воды пропускается через их фильтровальный аппарат всего за один день. Один квадратный метр морского мелководья, густо заселенный моллюсками мидиями , за сутки может очистить до 280 м 3 воды. Таким образом, чистота и прозрачность природных вод - результат деятельности живых организмов.

Способность организмов изменять среду обитания широко используется в хозяйственной практике. Для улучшения микроклимата, условий увлажнения и защиты полей от иссушающих ветров в степных районах сажают лесополосы, для очистки воздуха в городах и курортных зонах создают парки и сады. На водоочистительных станциях строят специальные емкости, где поддерживается высокая активность мелких фильтраторов. Используя почвообразующую деятельность животных и микроорганизмов, предприятия по переработке органических отходов производят удобрения для внесения в истощенные почвы.

Условия жизни людей на Земле зависят от средообразующей роли миллиардов живых организмов. И состав воздуха, и качество вод, и почвенное плодородие, и микроклимат складываются из их суммарной деятельности.

Вопрос 1. Что изучает экология?

Экология изучает отношения организмов между собой и с окружающей их средой.

Вопрос 2. Приведите примеры влияния условий среды на организмы.

Приведу в пример кораллы. Это довольно сложные организмы. Изменение окружающей среды для них может закончиться гибелью. Например, если вода станет солёнее хотя бы на 1‰ (промилле) или плюс/минус 10С, они сразу же погибнут.

При разливе нефти на поверхность воды, все живое погибает от недостатка кислорода.

На экваторе, где достаточно влаги и тепла, большое разнообразие растений, животных, а по мере приближения к полюсам (понижается температура и количество осадков, наблюдается смена сезонов года), разнообразие уменьшается до нескольких десятков видов.

Вопрос 1. Что такое экологические факторы?

Экологические факторы – это условия среды, которые оказывают определённое влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Вопрос 2. Какие группы экологических факторов вам известны?

Условно все факторы среды подразделяются на три основные группы - абиотические, биотические и антропогенные.

Подумайте

Какое значение для жизни на нашей планете имеют зелёные растения?

Зелёные растения способны улавливать солнечную энергию. Они преобразуют поглощённую энергию солнечных лучей в химическую энергию созданных ими органических веществ. Поедая зелёные растения, другие организмы получают необходимые им вещества и энергию. Поддерживают необходимый для существования большинства организмов уровень кислорода в атмосфере. Предотвращают накопление в атмосфере избытка углекислого газа. Играют ведущую роль в круговороте минеральных и органических веществ, что обеспечивает непрерывное существование жизни на Земле. Растительность существенно влияет на климат, формирует температурный режим планеты. Растительность принимает активное участие в формирование почв. Очищает воздух от пыли и газов. Служат как источник витаминов и некоторые являются лекарственными растениями.

Под одиноко стоящим среди луга деревом создаются разные условия, порождаемые в основном отбрасываемой им тенью.

Легко обнаружить, что некоторые произрастающие под ним растения развиты сильнее, другие слабее (и таких больше), чем на остальной части луга. Наконец, отдельные растения растут только под деревом, тогда как других здесь не встретишь. Уже одним своим присутствием дерево изменило луг, создав особый микроклимат, более или менее благоприятный для некоторых видов. В случае, когда причиной такого изменения является дерево, данный эффект выступает совершенно четко; в случае других организмов он может быть выражен слабее, но всегда имеется налицо. Любой организм в той или иной степени изменяет свою среду обитания - одновременно в физическом и химическом отношении.

Высшие растения, подобно только что рассмотренному в качестве примера дереву, оказывают совершенно очевидное физическое воздействие, снижая освещенность и задерживая часть выпадающих осадков на занимаемой ими площади. Разумеется, это воздействие проявляется далеко не в одинаковой степени: низкорослое травянистое растение не в состоянии дать много тени, тогда как в буковом лесу почти весь свет задерживается густой кроной; в его темном подлеске могут расти лишь немногие виды, составляющие теневыносливую флору. Менее заметно действие корневой системы растений. Вдоль участков почвы, где она пробуравлена корнями и менее плотна, сильнее циркуляция воздуха и воды. Зато наблюдается и обратное явление: мелкие корневые волоски удерживают частицы почвы и сплачивают их, препятствуя эрозии ветром и текучими водами. Со времен Бремонтье для закрепления почвы песчаных дюн используют корабельную сосну. Оказываемое ею действие предваряется другими, менее требовательными растениями типа песчаного колосняка.

Физические изменения среды, вызываемые животными, отмечаются значительно реже. В основном они касаются почвы. Самое большое воздействие на почву оказывают дождевые черви, заселяющие ее очень плотными популяциями. Заглатывая частицы почвы, они интенсивно передвигаются, проникая на большую глубину. Затем после ассимиляции содержащихся в них органических остатков частицы почвы выбрасываются из пищеварительного канала наружу. Тем самым дождевые черви способствуют лучшей аэрации почвы, проникновению в нее воды и перемешиванию, что делает ее более пригодной для возделывания. Значительность этого воздействия определяется высокой численностью червей. В отдельных случаях, по грубой оценке, на одном гектаре пашни насчитывалось свыше 300 000 дождевых червей, а на одном гектаре огорода в 10 раз больше. По массе эти количества соответственно составляют 100 кг и 1 т. Считают, что масса земли, пропускаемой одним червем за год, превышает его собственную массу в 100 раз, составляя соответственно 10 и 100 т/га. Отсюда понятна огромная роль червей в перемешивании почвы.

Но черви далеко не единственные преобразователи почвы. Аналогичную работу выполняют многие роющие животные, относящиеся к самым различным зоологическим группам - от муравьев до кроликов. Садоводы часто уничтожают кротов, портящих внешний вид газонов выбросами земли (кротовинами), хотя их деятельность очень полезна в другом отношении. Наоборот, крупные стада копытных, обитающих в саваннах, причиняют почве большой вред. Своими копытами они превращают ее в пыль, способствуя ветровой и водной эрозии. Недавно это явление было замечено в африканских заповедниках, где чрезмерно возросло поголовье слонов: кустарниковая саванна была превращена ими почти в пустыню.

Химическое воздействие, оказываемое растениями на среду, намного сильнее физического. Напомним еще раз, что хлорофиллсодержащие растения играют в биосфере первостепенную роль, поддерживая на постоянном уровне содержание в атмосфере кислорода, без которого животные и бесхлорофилльные растения не могли бы существовать. Иногда в пресных водах, обильно заселенных водной растительностью, кислород, выделяемый растениями в большом количестве, насыщает воду и пузырьками поднимается на поверхность. Лес подобен сложному химическому предприятию: зеленые части растения, главным образом листья, в процессе ассимиляции поглощают углекислый газ, выделяют кислород и синтезируют новые органические вещества. Опадающие осенью (в странах умеренного пояса) листья образуют подстилку, богатую органическими веществами, которой питаются организмы-деструкторы - животные, грибы, бактерии, разлагая ее до минеральных веществ. Последние, попадая в почву, усваиваются корнями деревьев и вступают в новый круговорот. Свойства подстилки зависят от состава древесных пород. В хвойном лесу она гораздо беднее органическими веществами, чем в лиственном, и спустя некоторое время почва оказывается неспособной обеспечить существование лиственного леса. Заинтересованность в посадках хвойного леса, дающего больше древесины, вполне понятна, но следует учитывать, что потом на этом участке бывает очень трудно восстановить лиственный лес.

С давних времен ботаникам известна совершенно особая форма изменения среды растениями, связанная с выделением ими продуктов обмена веществ. Эти продукты, выделяемые у высших растений главным образом корнями, могут быть ингибиторами или даже токсичным веществами для других растений, растущих по соседству. Впрочем, именно благодаря такому действию и было установлено их существование. Так, полынь Artemisia absinthium мешает росту купыря Anthriscus silvestris (зонтичные). Возле мелких растений тимьяна, или чабреца Thymus serpyllum, - самого распространенного представителя губоцветных - не может развиваться подорожник Plantago arenaria.

В некоторых случаях удалось установить химическую природу этих продуктов. Самым показательным примером служат, конечно, антибиотики, производимые грибами. Они оказывают тормозящее воздействие на рост некоторых бактерий. Часто антибиотики имеют достаточно простое строение и удается наладить их химический синтез. Это гораздо удобнее, чем экстрагировать их из культуры плесневых грибов.

Продукты, выделяемые растениями, могут иногда оказывать воздействие на фауну. Так, большие скопления перидиниевых водорослей в море и синезеленых в пресных водах выделяют токсичные вещества, которые вызывают массовую гибель животных. Эти вещества действуют избирательно: они убивают некоторые группы животных, не оказывая никакого влияния на другие. Токсический эффект определяется также видовой принадлежностью растения.

Животные оказывают химическое воздействие на среду гораздо реже, и их влияние, как правило, не так заметно. Широко известным примером наиболее значительного влияния могут служить дождевые черви. Их пищеварительные ферменты придают поглощаемой ими почве способность удерживать больше воды и минеральных веществ.

Подобно растениям, некоторые животные выделяют вещества, токсичные для других видов. Водные легочные брюхоногие моллюски, например катушки, выделяют через спинную стенку тела вещество, которое, диффундируя в воду, быстро убивает мелких ветвистоусых рачков Chydorus sphaericus. Некоторые продукты обмена оказывают, наоборот, стимулирующее влияние на другие виды. Простейшее Colpidium campylum выделяет в культуральную среду во время деления вещество сложного состава, основу которого составляет РНК. Если несколько капель этой среды внести в среду с другим простейшим - Tetrahymena pyriformis, то скорость его деления увеличивается вдвое.