Пристосування організму до різних умов існування

Поняття адаптації – умови існування – техногенні умови – форми адаптації – фенотипічна адаптація – короткочасна та довготривала адаптація – соціальні умови адаптації людини

Адаптація (від лат. adaptatio– пристосовувати, приладжувати) – це сукупність морфофізіологічних, поведінкових, популяційних та інших особливостей виду, що забезпечує можливість існування певних умов середовища.

До поняття "адаптація" входять:

– процеси,за допомогою яких організм пристосовується до довкілля;

- Стан рівновагиміж організмом та навколишнім середовищем;

- Реалізація норми реакціїу конкретних умовах середовища за допомогою зміни фенотипу;

– результат еволюційного процесу– адаптаціогенез (відбір і закріплення генів, що кодують інформацію про зміни, що розвинулися).

Явище біологічної адаптації властиве всім живим організмам і особливо високоорганізованому, як людський. Умови існування будь-якого живого організму можуть бути:

– адекватними(ті, які зараз дозволяють організму всі процеси життєдіяльності здійснювати в межах норми реакції);

– неадекватними(Ті, які не відповідають діапазону властивостей організму, що визначаються нормою реакції).

У адекватних умовах організм відчуває стан комфорту, тобто. раціонального рівня роботи всіх систем. У неадекватних умовах організму доводиться включати додаткові механізми забезпечення стану стійкості (резистентності), активізувати все процеси. Цей стан носить назву "напруги". Якщо за допомогою напруги організм не досягнув стану стійкості, то розвивається стан "передхвороби", а потім "хвороби". Стан комфорту, напруги та адаптації становлять стан здоров'я (але не патології); стан адаптації – нормальна фізіологічна реакція.

Сучасні антропогенні (техногенні) умови включають, зазвичай, не один несприятливий чинник, а цілий комплекс чинників, яких має пристосуватися організм. Тому й відповідь організму має бути не тільки багатокомпонентною, а й інтегрованою. Ця інтеграція створюється взаємопов'язаною та взаємозумовленою роботою регулюючих, енергетичних та неспецифічних компонентів адаптації та становить стратегію адаптації.

В основі адаптації лежить низка загальних закономірностей перебігу реакцій в організмі. Залежно від цього, які системи залучаються у створення стану адаптації і яка довжина цього процесу, розрізняють дві основні форми:

– еволюційну(або генотипічну) адаптацію; цей процес є основою еволюції, тому що наявний комплекс видових спадкових ознак стає вихідним пунктом для змін, що вносяться умовами середовища та закріплюються на рівні генотипу; цей процес займає тисячі та мільйони років;

- фенотипічнуадаптацію (що виникає в ході індивідуального розвитку організму, внаслідок чого організм набуває стійкості до певних факторів середовища).

Фенотипова адаптація теж обумовлена ​​генетичною програмою, але не як заздалегідь запрограмованої адаптації, а вигляді норми реакції, тобто. діапазону протікання метаболічних процесів, потенційних можливостей для забезпечення відповіді організму зміни умов середовища. Разом про те перетворення таких потенційних можливостей на реальні, тобто. забезпечення відповіді організму на вимоги середовища, також неможливе без активізації генетичного апарату (посилення синтезу нуклеїнових кислот, білків та інших сполук). Дане явище називають структурним слідом адаптаціїУ цьому зростає і безліч мембранних структур, відповідальних за сприйняття сигналів, іонний транспорт, енергозабезпечення. Після припинення дії фактора середовища активність генетичного апарату знижується та відбувається зникнення структурного сліду адаптації. Це свідчить про те, що у забезпеченні стану адаптації взаємозв'язок між функціями та генетичним апаратом – ключова ланка. Необхідно наголосити також, що зміни метаболізму, спрямовані на забезпечення стану фенотипічної адаптації, становлять біохімічну стратегію адаптації,є одним із головних компонентів загальної стратегії адаптації.

Розрізняють дві форми фенотипічної адаптації: короткочасну (у тому числі негайну, термінову) та довготривалу (акліматизація).

Короткочасна (термінова) адаптація:

- Виникає безпосередньо після дії подразника;

- здійснюється за рахунок готових, раніше сформованих структур та фізіологічних механізмів. Це означає, що: а) в організмі завжди є кілька резервних структурних елементів, наприклад мітохондрій, лізосом, рибосом; б) робота клітин та тканин може здійснюватися за типом дублювання; в) є кілька готових речовин: гормонів, нуклеїнових кислот, білків, АТФ, ферментів, вітамінів та інших.; це так званий структурний резерв адаптації,що може забезпечити негайну реакцію. У зв'язку з тим, що цей резерв невеликий, діяльність організму відбувається на межі фізіологічних можливостей.

При терміновій адаптації:

– провідними факторами є діяльність неспецифічних компонентів та формування стереотипної відповіді, незалежно від природи подразника;

– розвивається гострий адаптаційний синдром (Ганс Сельє назвав його "стрес", що в перекладі з англійської означає "напругу") при цьому:

Активізується система гіпоталамус-гіпофіз;

Посилюється вироблення адренокортикотропного гормону (АКТГ);

Посилюється синтез наднирниками глюкокортикоїдів та адреналіну;

Зморщуються тимус і селезінка;

Мобілізуються енергетичні та структурні ресурси;

Стан адаптації досягається швидко, але вона буде стійкою лише у тому випадку, якщо фактор перестав діяти; якщо фактор продовжує діяти, то адаптація виявляється недосконалою, тому що резерви вичерпані та потрібне їх поповнення.

Термінова адаптація проявляється генералізованими руховими реакціями або емоційною поведінкою (наприклад, втеча тварини у відповідь на біль; збільшення теплопродукції у відповідь на холод; збільшення тепловіддачі у відповідь на тепло; зростання легеневої вентиляції та хвилинного об'єму кровообігу у відповідь на нестачу кисню).

Довготривала адаптаціярозвивається з урахуванням реалізації етапу термінової адаптації, коли включилися системи, реагують даний подразник, але з забезпечили стійкого стану, або якщо подразник продовжує діяти.

При тривалій адаптації:

– вищі регуляторні центри активізують гормональну систему та в дію вступають специфічні компоненти адаптації;

– відбувається мобілізація енергетичних та структурних ресурсів організму; це можливо тільки при активації генетичного апарату, який забезпечує посилений біосинтез структур на молекулярному (індукція синтезу гормонів, ферментів, РНК, білка тощо), органоїдному (біосинтез та гіперплазія органел клітини), клітинному (посилення розмноження клітин), тканинному та органному (збільшення компонентів органів та тканин) рівнях;

– біохімічна стратегія адаптації здійснюється за рахунок синтезу необхідних речовин, координації їх кількості та взаємних перетворень;

- провідну роль у забезпеченні довготривалої адаптації відіграють центральна нервова система, гормональна система, генетичний апарат;

– структурний слід адаптації, що утворився (внаслідок біогенезу структур) при припиненні посиленої діяльності генетичного апарату поступово зникає; стан стійкості досягається завдяки існуванню зворотного позитивного та негативного зв'язку;

- Результатом процесу адаптації є досягнення організмом стану стійкості, що забезпечує організму можливість існування в нових умовах.

Якщо інтенсивність чинника перевищує адаптивні можливості організму та стан стійкості не настає, то організм переходить у стан виснаження (виснажуються його структури, системи, функції); потім слідує стан передхвороби та хвороби.

Обговорюючи питання особливості адаптації в людини, необхідно підкреслити, що людина має і біологічну, і соціальну природу. Тому механізми досягнення стану адаптації в людини складніші, ніж в інших видів живих істот. З одного боку, у людини, як істоти біологічної, діють всі пристосувальні процеси, що визначаються нормою реакції та спрямовані на досягнення стійкості організму. При цьому організм людини, що досяг у процесі еволюції найвищої спеціалізації своїх органів і систем, найбільш високого рівня розвитку нервової системи, найбільше здатний і до пристосування до умов середовища, що змінюються. У той самий час соціальна природа людини створила низку особливостей процесів адаптації, властивих лише людині:

- кількість антропогенних факторів середовища різко зросла в останні десятиліття, тоді як системи адаптації формувалися протягом мільйонів років за відсутності цих факторів або значно меншої їх інтенсивності і тому в сучасних екологічних умовах є недостатньо ефективними;

– людина менше пов'язана з природою, менше залежить від неї; підпорядкований соціальним ритмам, регулює свою поведінку свідомістю; свідомо вибирає іноді неадекватну поведінку;

– людина має додаткові (соціальні) механізми адаптації (одяг, взуття, житло, організація праці, медицина, фізкультура, мистецтво та ін.);

- В адаптації людини провідну роль відіграє друга сигнальна система.

Історія екологічного знання налічує багато століть. Вже первісним людям необхідно було мати певні знання про рослини і тварин, їх спосіб життя, взаємовідносини один з одним та з навколишнім середовищем. У рамках загального розвитку природничих наук відбувалося і накопичення знань, що нині належать до галузі екологічної науки. Як самостійна дисципліна, що відокремилася, екологія виділилася в XIX ст.

Термін Екологія (від грецьк.екоє - будинок, логос - вчення) в науку ввів німецький біолог Ернест Геккель.

У 1866 р. у роботі «Загальна морфологія організмів» він писав, що це «... сума знань, що належать до економіки природи: вивченню всієї сукупності взаємин тварини з навколишнім середовищем, як органічної, так і неорганічної, і перш за все її дружніх або ворожих відносин з тими тваринами та рослинами, з якими воно прямо чи опосередковано вступає в контакт». Таке визначення відносить екологію до біологічних наук. На початку XX ст. формування системного підходу та розробка вчення про біосферу, яке є найбільшою областю знання, що включає безліч наукових напрямів як природного, так і гуманітарного циклу, в тому числі і загальну екологію, зумовили поширення екосистемних поглядів в екології. Основним об'єктом вивчення в екології стала екосистема.

Екосистемою називають сукупність живих організмів, що взаємодіють один одному і з навколишнім середовищем за допомогою обміну речовиною, енергією та інформацією таким чином, що ця єдина система зберігає стійкість протягом тривалого часу.

Все зростаюча дія людини на довкілля зажадала знову розширити межі екологічного знання. У другій половині XX ст. науково-технічний прогрес спричинив низку проблем, які отримали статус глобальних, таким чином, у полі зору екології виразно позначилися питання порівняльного аналізу природних та техногенних систем та пошуку шляхів їх гармонійного співіснування та розвитку.

Відповідно диференціювалася та ускладнювалася структура екологічної науки. Нині її можна як чотири основні гілки, мають подальше розподіл: Біоекологія, геоекологія, екологія людини, прикладна екологія.

Таким чином, ми можемо дати визначення екології як науки про загальні закони функціонування екосистем різного порядку, сукупності наукових та практичних питань взаємовідносин людини та природи.

2. Екологічні чинники, їх класифікація, види на організми

Будь-який організм у природі відчуває у собі вплив найрізноманітніших компонентів довкілля. Будь-які властивості чи компоненти довкілля, які впливають на організми, називають екологічними чинниками.

Класифікація екологічних факторів. Чинники середовища (екологічні чинники) різноманітні, мають різну природу та специфіку дії. Вирізняють такі групи екологічних чинників:

1. Абіотичні (чинники неживої природи):

а) кліматичні – умови освітленості, температурний режим тощо;

б) едафічні (місцеві) - водопостачання, тип ґрунту, рельєф місцевості;

в) орографічні - повітряні (вітер) та водні течії.

2. Біотичні чинники - це всі форми впливу живих організмів один на одного:

Рослини. Рослини Тварини. Рослини Гриби. Рослини Мікроорганізми. Тварини Тварини. Тварини гриби. Тварини Мікроорганізми. Гриби. Гриби Мікроорганізми. Мікроорганізми.

3. Антропогенні чинники - це всі форми діяльності людського суспільства, що призводять до зміни довкілля інших видів або безпосередньо позначаються на їхньому житті. Вплив цієї групи екологічних чинників стрімко зростає рік у рік.

Види впливу екологічних чинників на організми. Екологічні чинники надають живі організми впливу різного роду. Вони можуть бути:

Подразниками, які сприяють появі пристосувальних (адаптивних) фізіологічних та біохімічних змін (зимова сплячка, фотоперіодизм);

Обмежувачами, що змінюють географічне поширення організмів через неможливість існування в цих умовах;

Модифікаторами, що викликають морфологічні та анатомічні зміни організмів;

Сигналами, що свідчать про зміни інших факторів середовища.

Загальні закономірності впливу екологічних чинників:

У зв'язку з надзвичайним розмаїттям екологічних чинників різні види організмів, відчуваючи їх вплив, відповідають нього по-різному, проте, можна виявити ряд загальних законів (закономірностей) дії екологічних чинників. Зупинимося на деяких із них.

1. Закон оптимуму

2. Закон екологічної індивідуальності видів

3. Закон обмежуючого (лімітуючого) фактора

4. Закон неоднозначної дії

3. Закономірності впливу факторів середовища на організми

1) Правило оптимуму. Для екосистеми, організму чи певної стадії його

розвитку є діапазон найсприятливішого значення фактора. Там де

фактори сприятливі щільність популяції максимальна. 2) Толерантність.

Ці показники залежать від середовища, в якому живуть організми. Якщо вона

стабільна за своїм

свій-ам, у ній більше шансів на виживання організмів.

3) Правило взаємодії чинників. Одні фактори можуть посилювати або

пом'якшувати силу дії інших чинників.

4) Правило лімітуючих факторів. Чинник, що перебуває в нестачі або

надлишку негативно впливає на організми та обмежує можливість прояву. сили

дії інших факторів. 5) Фотооперіодизм. Під фотоперіодизмом

розуміють реакцію організму довжину дня. Реакція зміну світла.

6) Адаптація до ритмічності природних явищ. Адаптація до добової та

сезонній ритміці, припливно-відливним явищам, ритмам сонячної активності,

місячним фазам та ін явищам, що повторюються зі строгою періодичністю.

ек. валентність (пластичність) – здатність орг. адаптуватися до отд. факторам окр. середовища.

Закономірності впливу екологічних чинників на живі організми.

Екологічні чинники та його класифікація. Всі організми потенційно здатні до необмеженого розмноження та розселення: навіть види, що ведуть прикріплений спосіб життя, мають хоча б одну фазу розвитку, на якій здатні до активного чи пасивного поширення. Але водночас видовий склад організмів, що у різних кліматичних зонах, не поєднується: кожної з них властивий певний набір видів тварин, рослин, грибів. Це пояснюється обмеженням надмірного розмноження та розселення організмів певними географічними перешкодами (моря, гірські хребти, пустелі та ін.), кліматичними факторами (температура, вологість та ін.), а також взаємозв'язками між окремими видами.

Залежно від природи та особливостей дії екологічні фактори поділяють на абіотичні, біотичні та антропогенні (антропічні).

Абіотичні фактори - це компоненти та властивості неживої природи, які прямо чи опосередковано впливають на окремі організми та їх угруповання (температура, освітленість, вологість, газовий склад повітря, тиск, сольовий склад води та ін.).

До окремої групи екологічних факторів відносяться різні форми господарської діяльності людини, що змінюють стан довкілля різних видів живих істот, включаючи і саму людину (антропогенні фактори). За відносно короткий період існування людини як біологічного виду її діяльність докорінно змінила вигляд нашої планети і щороку цей вплив на природу зростає. Інтенсивність дії деяких екологічних факторів може залишатись відносно стабільною протягом тривалих історичних періодів розвитку біосфери (наприклад, сонячне випромінювання, сила тяжіння, сольовий склад морської води, газовий склад атмосфери тощо). Більшість їх має змінну інтенсивність (температура, вологість тощо.). Ступінь мінливості кожного з екологічних факторів залежить від особливостей довкілля організмів. Наприклад, температура на поверхні ґрунту може варіювати у значних межах залежно від пори року чи доби, погоди тощо, тоді як у водоймах на глибинах понад декілька метрів перепади температури майже відсутні.

Зміни екологічних факторів можуть бути:

Періодичними, залежно від часу доби, пори року, положення Місяця щодо Землі тощо;

Неперіодичними, наприклад, виверження вулканів, землетруси, урагани та ін.;

Спрямованими протягом значних історичних проміжків часу, наприклад, зміни клімату Землі, пов'язані з перерозподілом співвідношення площ суші та Світового океану.

Кожен із живих організмів постійно пристосовується до всього комплексу екологічних факторів, тобто до довкілля, регулюючи процеси життєдіяльності відповідно до змін цих факторів. Середовище - це сукупність умов, в яких живуть певні особини, популяції, угруповання організмів.

Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми. Незважаючи на те, що екологічні фактори дуже різноманітні та різні за природою, відзначають деякі закономірності їхнього впливу на живі організми, а також реакцій організмів на дію цих факторів. Пристосування організмів до умов довкілля називаються адаптаціями. Вони виробляються всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до біогеоценотичного. Адаптації є непостійними, оскільки змінюються в процесі історичного розвитку окремих видів залежно від змін інтенсивності дії екологічних факторів. Кожен вид організмів пристосований до певних умов існування особливим чином: не існує двох близьких видів, подібних до своїх адаптацій (правило екологічної індивідуальності). Так, кріт (ряд Комахоїдні) та сліпуха (ряд Гризуни) адаптовані до існування в грунті. Але кріт риє ходи за допомогою передніх кінцівок, а сліпа - різців, викидаючи назовні ґрунт головою.

Хороша пристосованість організмів до певного фактора не означає такої самої адаптованості до інших (правило відносної незалежності адаптації). Наприклад, лишайники, які можуть оселитися на субстратах, бідних на органіку (наприклад, скельних породах) і витримувати посушливі періоди, дуже чутливі до забруднення повітря.

Існує і закон оптимуму: кожен фактор позитивно впливає на організм лише у певних межах. Сприятлива для організмів певного виду інтенсивність впливу екологічного чинника називається зони оптимуму. Чим більша інтенсивність дії певного екологічного фактора відхилятиметься оптимальною в той чи інший бік, тим більше буде виражена його пригнічувальна дія на організми (зона песимуму). Значення інтенсивності впливу екологічного фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості (критичні точки максимуму та мінімуму). Відстань між межами витривалості визначає екологічну валентність певного виду щодо тієї чи іншої чинника. Отже, екологічна валентність - це діапазон інтенсивності впливу екологічного чинника, у якому можливе існування певного виду.

Широку екологічну валентність особин певного виду щодо конкретного екологічного чинника позначають префіксом «єври-». Так, песці відносяться до евритермних тварин, оскільки витримують значні коливання температури (не більше 80°С). Деякі безхребетні (губки, кільчаків, голкошкірі) відносяться до еврибатних організмів, тому оселяються від прибережної зони до великих глибин, витримуючи значні коливання тиску. Види, які можуть жити в широкому діапазоні коливань різних екологічних факторів, називають еврибіонтними.

Оптимум та межі витривалості організму щодо певного фактора залежать від інтенсивності дії інших. Наприклад, у суху безвітряну погоду легше витримувати низькі температури. Отже, оптимум і межі витривалості організмів щодо будь-якого чинника середовища можуть зрушуватися у певний бік залежно від цього, з якою силою та у якому поєднанні діють інші чинники (явище взаємодії екологічних чинників).

Але взаємокомпенсація життєво важливих екологічних факторів має певні межі і жоден не може бути замінений іншими: якщо інтенсивність дії хоча б одного фактора виходить за межі витривалості, існування виду стає неможливим, незважаючи на оптимальну інтенсивність дії інших. Так, недолік вологи гальмувати процес фотосинтезу навіть за оптимальної освітленості та концентрації CO2 в атмосфері.

Фактор, інтенсивність дії якого за межі витривалості, називається обмежувальним. Обмежуючі чинники визначають територію розселення виду (ареал). Наприклад, поширення багатьох видів тварин північ стримується браком тепла і світла, на південь - дефіцитом вологи подібне.

Таким чином, присутність та процвітання певного виду в даному середовищі проживання зумовлено його взаємодією з цілим комплексом екологічних факторів. Недостатня чи надмірна інтенсивність дії будь-якого їх неможливим процвітання і саме існування окремих видів.

Екологічні чинники - це будь-які компоненти довкілля, які впливають живі організми та його угруповання; їх поділяють на абіотичні (складові неживої природи), біотичні (різні форми взаємодії між організмами) та антропогенні (різні форми господарської діяльності людини).

Пристосування організмів до умов довкілля називають адаптаціями.

Будь-який екологічний чинник має лише певні межі позитивного на організми (закон оптимуму). Кордони інтенсивності дії фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості.

Оптимум і межі витривалості організмів стосовно будь-якого фактора середовища можуть змінюватись у певний бік залежно від того, з якою інтенсивністю і в якому поєднанні діють інші екологічні фактори (явища взаємодії екологічних факторів). Але їхня взаємна компенсація обмежена: жоден життєво необхідний фактор не може бути замінений іншими. Екологічний фактор, який виходить за межі витривалості, називається обмежувальним, він визначає ареал певного виду.

кологічна пластичність організмів

Екологічна пластичність організмів (екологічна валентність) – ступінь пристосовуваності виду до змін фактора середовища. Виражається діапазоном значень факторів середовища, у межах якого цей вид зберігає нормальну життєдіяльність. Чим ширший діапазон, тим більша екологічна пластичність.

Види, здатні існувати при невеликих відхиленнях фактора від оптимуму, називаються вузькоспеціалізованими, а види, що витримують значні зміни фактора, - широкопристосованими.

Екологічна пластичність може розглядатися як стосовно окремого фактора, так і стосовно комплексу екологічних факторів. Здатність видів переносити значні зміни певних факторів означає відповідний термін з приставкою "еврі":

Еврітермні (пластичні до температури)

Евриголінні (солона води)

Еврифотні (пластичні до світла)

Евригігричні (пластичні до вологості)

Евріойкі (пластичні до місця проживання)

Евріфагні (пластичні до їжі).

Види, пристосовані до невеликих змін даного фактора, позначаються терміном із приставкою "стіно". Ці приставки використовуються, щоб виразити відносний ступінь толерантності (наприклад, у стенотермного виду екологічний температурний оптимум та песимум зближені).

Види, що мають широку екологічну пластичність по відношенню до комплексу екологічних факторів - еврибіонти; види з малою індивідуальною пристосовністю - стенобіонти. Еврібіонтність та істенобіонтність характеризують різні типи пристосування організмів до виживання. Якщо еврібіонти тривалий час розвиваються в хороших умовах, то вони можуть втрачати екологічну пластичність і виробляти риси стенобіонтів. Види, що існують при значних коливаннях фактора, набувають підвищеної екологічної пластичності і стають еврібіонтами.

Наприклад, у водному середовищі більше стенобионтов, оскільки він за своїми властивостями щодо стабільна і амплітуди коливання окремих чинників малі. У динамічнішому повітряно-наземному середовищі переважають еврибіонти. У теплокровних тварин екологічна валентність ширша, ніж у холоднокровних. Молоді та старі організми, як правило, потребують однорідніших умов середовища.

Еврібіонти широко поширені, а стенобіонтність звужує ареали; однак у деяких випадках завдяки високій спеціалізованості стенобионтам належать великі території. Наприклад, рибоїдна птиця скопа є типовим стенофагом, але по відношенню до інших факторів середовища - еврибіонтом. У пошуках необхідної їжі птах здатний долати у польоті великі відстані, тому займає значний ареал.

Пластичність - здатність організму існувати у певному діапазоні значень екологічного фактора. Пластичність визначається нормою реакції.

За рівнем пластичності по відношенню до окремих факторів усі види поділяються на три групи:

Стенотопи – види, здатні існувати у вузькому діапазоні значень екологічного фактора. Наприклад, більшість рослин вологих екваторіальних лісів.

Евритопи - широкопластичні види, здатні освоювати різні місцеперебування, наприклад, всі види-космополіти.

Мезотопи займають проміжне положення між стенотопами та евритопами.

Слід пам'ятати, що вид може бути, наприклад, стенотопом за одним фактором та евритопом – за іншим і навпаки. Наприклад, людина є евритоп по відношенню до температури повітря, але стенотоп за вмістом кисню в ньому.

1. Абіотичні фактори. До цієї категорії факторів належать усі фізичні та хімічні характеристики середовища. Це світло і температура, вологість і тиск, хімізм води, атмосфери та ґрунтів, це і характер рельєфу та склад гірських порід, вітровий режим. Найбільш сильнодіючою є група факторів, об'єднана як кліматичніфактори. Вони залежать від широти та положення континентів. Є багато вторинних чинників. Широта найбільш сильно позначається на температурі та світловому періоді. Положення континентів є причиною сухості або вологості клімату. Внутрішні області суші периферійні, що сильно впливає на диференціацію тварин і рослин на материках. Вітровий режим як одна із складових частин кліматичного фактору відіграє надзвичайно важливу роль у формуванні життєвих форм рослин.

Глобальний клімат – клімат планети, що визначає функціонування та біорізноманіття біосфери. Регіональний клімат – клімат континентів та океанів, а також великих їх топографічних підрозділів. Місцевий клімат – клімат підлеглихландшафтно-регіональних соціально-географічних структур: клімат м. Владивостока, клімат басейну річки Партизанська. Мікроклімат (під каменем, поза каменем, гай, галявина).

Найважливіші кліматичні чинники: світло, температура, вологість.

Світлоє найважливішим джерелом енергії на планеті. Якщо для тварин світло за своїм значенням поступається температурі та вологості, то для фотосинтезуючих рослин він є найважливішим.

Основним джерелом світла є Сонце. Основні властивості променистої енергії як екологічного чинника визначаються довжиною хвилі. У межах випромінювання розрізняють видиме світло, ультрафіолетові та інфрачервоні промені, радіохвилі, проникаючу радіацію.

Для рослин важливі оранжево-червоні, синьо-фіолетові та ультрафіолетові промені. Жовто-зелені промені або відбиваються рослинами, або поглинаються у незначних кількостях. Відбиті промені і надають рослинам зеленого забарвлення. Ультрафіолетові промені мають на живі організми хімічну дію (змінюють швидкість та напрямок біохімічних реакцій), а інфрачервоні промені – теплове.

Багато рослин мають фототропічну реакцію на світ. Тропізм– це спрямований рух та орієнтація рослин, наприклад, соняшник «стежить» за сонцем.

Крім якості світлових променів велике значення має і кількість світла, що падає на рослину. Інтенсивність освітлення залежить від географічної широти місцевості, від сезону, часу доби, від хмарності та місцевої запиленості атмосфери. Залежність теплової енергії від широти місцевості показує, що світло є одним із кліматичних факторів.

Життя багатьох рослин залежить від фотоперіоду. День змінюється вночі та рослини припиняють синтезувати хлорофіл. Полярний день замінюється полярною вночі та рослини і багато тварин перестають активно функціонувати та завмирають (зимова сплячка).

По відношенню до світла рослини поділяються на три групи: світлолюбні, тінелюбні та тіневитривалі. Світлолюбніможуть нормально розвиватися лише за достатнього освітленні, де вони переносять чи переносять погано навіть незначне затемнення. Тіньолюбнізустрічаються тільки в затінених місцях і ніколи не зустрічаються в умовах сильного освітлення. Тіневитривалірослини характеризуються широкою екологічною амплітудою по відношенню до світлового чинника.

Температураналежить до найважливіших кліматичних чинників. Від неї залежить рівень та інтенсивність обміну речовин, фотосинтезу та інших біохімічних та фізіологічних процесів.

Життя землі існує у широкому діапазоні температур. Найбільш прийнятний для життя діапазон температур від 00 до 500С. Для більшості організмів - це летальні температури. Винятки: багато північних тварин, де спостерігається зміна сезонів, здатні переносити зимові мінусові температури. Рослини здатні переносити мінусові зимові температури, коли завмирає їхня активна діяльність. Деякі насіння, суперечки та пилок рослин, нематоди, коловратки, цисти найпростіших виносили в експериментальних умовах температуру – 190 0 С і навіть – 273 0 С. Але все-таки більшість живих істот здатна жити при температурі між 0 і 50 0 С. Це визначається властивостями білків та активністю ферментів. Одним із пристроїв переносити несприятливі температури є анабіоз- Зупинення життєвих процесів організму.

Навпаки, у спекотних країнах нормою життя є досить високі температури. Відомий ряд мікроорганізмів, здатних жити в джерелах з температурою вище 70 0 С. Спори деяких бактерій здатні витримувати короткочасне нагрівання до 160-180 0 С.

Еврітермні та стенотермні організми– організми, чиє функціонування пов'язане з широкими та вузькими температурними градієнтами відповідно. Абісальне середовище (0˚) – найпостійніше середовище.

Біогеографічна зональність(арктичні, бореальні, субтропічні та тропічні зони) багато в чому визначає склад біоценозів та екосистем. Аналогом кліматичного розподілу за широтним чинником може бути гірська поясність.

За співвідношенням температур тіла тварини та температури навколишнього середовища організми поділяються на:

– пійкілотермніорганізми – холодноводні із непостійною температурою. Температура тіла наближається до температури середовища;

– гомойотермні- Теплокровні організми з відносно постійною внутрішньою температурою. Ці організми мають великі переваги у використанні середовища.

По відношенню до температурного фактора види поділяються на такі екологічні групи:

види, що віддають перевагу холоду, відносяться до кріофіламі кріофітам.

види з оптимумом діяльності в галузі високих температур відносяться до термофіламі термофітам.

Вологість. Усі біохімічні процеси в організмах протікають у водному середовищі. Вода необхідна підтримки структурної цілісності клітин всього організму. Вона бере безпосередню участь у процесі утворення первинних продуктів фотосинтезу.

Вологість визначається кількістю атмосферних опадів. Розподіл опадів залежить від географічної широти, близькості великих водяних просторів, рельєфу місцевості. Кількість опадів, що випадають, нерівномірно розподіляється протягом року. Крім того, треба враховувати і характер опадів, що випадають. Літній дощ, що мрячить, краще зволожує грунт, ніж злива, що несе потоки води, що не встигають вбратися в грунт.

Рослини, що мешкають у різних за вологозабезпеченістю областях, по-різному пристосовуються до нестачі чи надлишку вологи. Регуляція водного балансу в організмі рослин посушливих регіонів здійснюється за рахунок розвитку потужної кореневої системи та сисної сили клітин кореня, а також зменшення поверхні, що випаровує. Багато рослин на сухий період скидають листя і навіть цілі пагони (саксаул), іноді відбувається часткова або навіть повна редукція листя. Своєрідним пристосуванням до сухого клімату є ритм розвитку деяких рослин. Так, ефемери, використовуючи весняну вологу, встигають у дуже короткий термін (15-20 днів) прорости, розвинути листя, відцвісти та сформувати плоди та насіння, з настанням посухи вони відмирають. Протистояти посусі допомагає і здатність багатьох рослин накопичувати вологу у своїх вегетативних органах – листі, стеблах, коренях..

По відношенню до вологості виділяють такі екологічні групи рослин. Гідрофіти, або гідробіонти, - Рослини, для яких вода є середовищем життя.

Гігрофіти– рослини, що живуть у місцях, де повітря насичене водяними парами, а ґрунт містить багато крапельнорідкої вологи – на заливних луках, болотах, у сирих тінистих місцях у лісах, на берегах річок та озер. Гігрофіти випаровують дуже багато вологи за рахунок продихів, які нерідко розташовуються на обох сторонах листа. Коріння малорозгалужене, листя велике.

Мезофіти- Рослини помірно зволожених місцепроживання. До них відносяться лугові трави, всі листяні дерева, багато польових культур, овочеві, плодово-ягідні. Вони мають добре розвинену кореневу систему, велике листя з продихами на одній стороні.

Ксерофіти– рослини, що пристосувалися до життя у місцях із посушливим кліматом. Вони поширені в степах, пустелях і напівпустелях. Ксерофіти поділяються на дві групи: сукуленти та склерофіти.

Сукуленти(Від лат. succulentus– соковитий, жирний, товстий) – це багаторічні рослини з соковитими м'ясистими стеблами чи листям, у яких запасається вода.

Склерофіти(Від грец. skleros– твердий, сухий) – це типчак, ковила, саксаул та інші рослини. Листя і стебла їх не містять запасу води, здаються сухуватими, завдяки великій кількості механічної тканини, листя їх тверде і жорстке.

У поширенні рослин велике значення можуть мати інші чинники, наприклад характер та властивості ґрунту. Так, існують рослини, визначальним екологічним фактором для яких є вміст солі у ґрунті. Це галофіти. Особливу групу складають любителі вапняних ґрунтів. кальцефіли. Такими ж «грунтоприуроченими» видами є рослини, що мешкають на ґрунтах, що містять важкі метали.

До екологічних факторів, що впливають на життя та розподіл організмів, можна віднести також склад і рух повітря, характер рельєфу та багато інших.

Основою внутрішньовидового відбору є внутрішньовидова боротьба. Саме тому, як вважав Ч. Дарвін, молодих організмів народжується більше, ніж досягає зрілого віку. Разом з тим переважання числа тих, хто народжується над числом організмів, що доживають до зрілості, компенсує високу смертність на ранніх стадіях розвитку. Тому, як зазначав С.А. Сіверців, величина плодючості пов'язана із стійкістю виду.

Таким чином, внутрішньовидові відносини спрямовані на розмноження та розселення виду.

У світі тварин і рослин існує велика кількість пристосувань, що полегшують контакти між особинами або, навпаки, запобігають їх зіткненню. Такі взаємні адаптації межах виду було названо С.А. Северцевим конгруенціями . Так, внаслідок взаємних пристосувань особини мають характерну морфологію, екологію, поведінку, що забезпечують зустріч статей, успішне спарювання, розмноження та виховання потомства. Встановлено п'ять груп конгруенцій:

– ембріони або личинки та батьківські особини (сумчасті);

– особини різної статі (статеві апарати самців та самок);

- особинами однієї й тієї ж статі, в основному самцями (роги та зуби самців, які використовуються в боях за самку);

– братами та сестрами одного й того ж покоління у зв'язку зі стадним способом життя (плями, що полегшують орієнтування під час втечі);

– поліморфними особинами у колоніальних комах (спеціалізація особин для виконання певних функцій).

Цілісність виду виявляється також у єдності популяції, що розмножується, однорідності її хімічного складу і єдності впливу на навколишнє середовище.

Канібалізм- Цей тип внутрішньовидових відносин не рідкісний у виводках хижих птахів та звірів. Найслабші зазвичай знищуються сильнішими, інколи ж і батьками.

Саморозріджування рослинних популяцій. Внутрішньовидова конкуренція впливає зростання і розподіл біомаси не більше рослинних популяцій. У міру зростання особини збільшуються у розмірах, зростають їх потреби і як наслідок – зростає конкуренція між ними, що призводить до загибелі. Число особин, що вижили, і швидкість їх зростання залежать від щільності популяції. Поступове зменшення щільності зростаючих особин називається самовиріджування.

Подібне явище спостерігається у лісових насадженнях.

Міжвидові відносини. Найбільш важливими і найпоширенішими формами і типами міжвидових відносин можна назвати:

Конкуренція. Цей тип взаємовідносин визначає правило Гаузе. Згідно з цим правилом два види не можуть одночасно займати ту саму екологічну нішу і тому обов'язково витісняють один одного. Наприклад, ялина витісняє березу.

Алелопатия- це хімічна дія одних рослин на інші за допомогою виділення летких речовин. Носіями алелепатичної дії є активні речовини – коліни. Завдяки впливу цих речовин може отруюватися грунт, змінюватися характер багатьох фізіологічних процесів, водночас у вигляді хімічних сигналів рослини впізнають одне одного.

Мутуалізм– крайній ступінь асоціації між видами, коли кожен отримує вигоду із зв'язку з іншим. Наприклад, рослини та азотофіксуючі бактерії; капелюшкові гриби та коріння дерев.

Коменсалізм- Форма симбіозу, при якій один з партнерів (коменсал) використовує іншого (господаря) для регуляції своїх контактів із зовнішнім середовищем, але не вступає з ним у тісні відносини. Коменсалізм широко розвинений в екосистемах коралових рифів - це квартиранство, захист (щупальця актиній захищає риб), проживання в тілі інших організмів або його поверхні (епіфіти).

Хижацтво- це спосіб добування їжі тваринами (рідше рослинами), при якому вони ловлять, умертвляють та поїдають інших тварин. Хижацтво зустрічається практично у всіх типів тварин. У ході еволюції у хижаків добре розвинулися нервова система та органи почуттів, що дозволяють виявляти і розпізнавати видобуток, а також засоби оволодіння, умертвіння, поїдання і перетравлення видобутку (гострі втягуються пазурі у котячих, отруйні залози багатьох павукоподібних, щіпкі клітини та інше). Еволюція хижаків і жертв відбувається поєднано. У ході її хижаки вдосконалюють способи нападу, а жертви – засоби захисту.

Виявлення обмежуючих чинників має велике практичного значення. Насамперед для вирощування сільськогосподарських культур: внесення необхідних добрив, вапнування ґрунтів, меліорація тощо. дозволяють підвищити врожайність, підвищити родючість ґрунтів, покращити існування культурних рослин.

1. Що означає приставка «еврі» та «стіно» у назві виду? Наведіть приклади еврибіонтів та стенобіонтів.

Широка межа толерантності видупо відношенню до абіотичних факторів середовища позначають додаванням до назви фактора приставки Еврі. Нездатність переносити значні коливання факторів або низька межа витривалості характеризується приставкою "стіно", наприклад стенотермні тварини. Невеликі зміни температури мало позначаються на евритермних організмах і можуть виявитися згубними для стенотермних. Вид, адаптований до низьких температур, є кріофільні(від грец. Кріос-холод), а до високих температур - термофільні.Аналогічні закономірності можна застосувати і до інших факторів. Рослини можуть бути гідрофільними, тобто. вимогливими до води та ксерофільними(Суховитривалі).

По відношенню до змісту солейу середовищі виділяють евригалів і стеногалів (від грец. галс-сіль), до освітленості –еврифотів та стенофотів, по відношенню до кислотності середовища– еврійонні та стеноіонні види.

Оскільки еврібіонтність дає можливість заселення різноманітних місць проживання, а стенобіонтність різко звужує коло придатних для виду місць, ці 2 групи часто називають еврі – і стенобіонтами. Багато наземних тварин, що мешкають в умовах континентального клімату, здатні витримувати значні коливання температури, вологості, сонячної радіації.

До стенобіонтів можна віднести- орхідеї, форель, далекосхідний рябчик, глибоководні риби).

Тварин, стінобіонтних одночасно по відношенню до кількох факторів називають стенобіонтами у сенсі слова (риби, що мешкають у гірських річках і струмках, що не переносять занадто високої температури та низького вмісту кисню, мешканці вологих тропіків, непристосовані до низької температури та малої вологості повітря).

До еврібіонтів відносятьколорадського жука, миша, щурів, вовків, тарганів, очерет, пирій.

1. Адаптація живих організмів до екологічних факторів. Види адаптації.

Адаптація (від латів. адаптація – пристосування ) – це пристосування організмів середовища, що еволюційно виникло, що виражається в зміні їх зовнішніх і внутрішніх особливостей.

Особи, які чомусь втратили здатність до адаптування, в умовах змін режимів екологічних факторів, приречені на елімінацію, тобто. на вимирання.

Види адаптації: морфологічна, фізіологічна та поведінкова адаптації.

Морфологія – цевчення про зовнішні форми організмів та його частин.

1.Морфологічна адаптація– це адаптація, що виявляється у пристосуванні до швидкого плавання у водних тварин, до виживання за умов високих температур та дефіциту вологи – у кактусів та інших сукулентів.

2.Фізіологічні адаптаціїполягають в особливостях ферментативного набору в травному тракті тварин, що визначається складом їжі. Наприклад, мешканці сухих пустель здатні забезпечувати потребу вологи за рахунок біохімічного окислення жирів.

3.Поведінкові (етологічні) адаптаціївиявляються у найрізноманітніших формах. Наприклад, існують форми пристосувальної поведінки тварин, спрямовані на забезпечення оптимального теплообміну з довкіллям. Пристосувальна поведінка може виявлятися у створенні сховищ, пересування в напрямку більш сприятливих, температурних умов, що віддають перевагу, виборі місць з оптимальною вологістю або освітленістю. Багатьом безхребетним властиво вибіркове ставлення до світла, що виявляється у наближеннях чи віддаленнях джерела (таксисах). Відомі добові та сезонні кочівлі ссавців та птахів, включаючи міграції та перельоти, а також міжконтинентальні переміщення риб.

Пристосувальна поведінка може виявлятися у хижаків у процесі полювання (стеження та переслідування видобутку) та у їх жертв (затаювання, заплутування сліду). Винятково специфічна поведінка тварин у шлюбний період та під час вирощування потомства.

Існують два типи пристосування до зовнішніх факторів. Пасивний шлях адаптації- Це адаптація за типом толерантності (терпимість, витривалість) полягає у виникненні певної міри стійкості до даного фактору, здатності зберігати функції при зміні сили його впливу. Такий тип пристосування формується як характерна видова властивість і реалізується на клітинно-тканинному рівні. Другий тип пристосування – активний. В цьому випадку організм за допомогою специфічних адаптивних механізмів компенсує зміни, викликані фактором, що впливає, таким чином, що внутрішнє середовище залишається відносно постійним. Активні пристрої – це адаптація за резистентним типом (опір) підтримують гомеостаз внутрішнього середовища організму. Приклад толерантного типу пристосування – пойкілоосмотичні тварини, приклад резистентного типу – гомойоосмотичні .

1. Дайте визначення популяції. Назвіть основні групові показники популяції. Наведіть приклади популяцій. Зростаюча, стабільна та вмираюча популяції.

Населення- група особин одного виду, що перебувають у взаємодії між собою та спільно населяють спільну територію. Основні характеристики популяції такі:

1. Чисельність – загальна кількість особин на певній території.

2. Щільність популяції - середня кількість особин на одиницю площі чи обсягу.

3. Народжуваність - кількість нових особин, що з'явилися за одиницю часу внаслідок розмноження.

4. Смертність - кількість загиблих особин у популяції за одиницю часу.

5. Приріст популяції - різниця між народжуваністю та смертністю.

6. Темп зростання – середній приріст за одиницю часу.

Популяції властива певна організація, розподіл особин територією, співвідношення груп за статтю, віком, поведінковим особливостям. Вона формується, з одного боку, з урахуванням загальних біологічних властивостей виду, з другого - під впливом абіотичних чинників середовища проживання і популяції інших видів.

Структура популяції нестабільна. Зростання та розвиток організмів, народження нових, загибель від різних причин, зміна навколишніх умов, збільшення чи зменшення чисельності ворогів – усе це призводить до зміни різних співвідношень усередині популяції.

Зростаюча чи зростаюча популяція- це популяція, в якій переважають молоді особини, така популяція зростає в числі або впроваджується в екосистему (наприклад, країни "третього" світу); Найчастіше відзначається перевищення народжуваності над смертністю і чисельність популяції зростає аж настільки, що може настати спалах масового розмноження. Це особливо притаманно дрібних тварин.

При збалансованій інтенсивності народжуваності та смертності формується Стабільна популяція.У такій популяції смертність компенсується приростом та чисельність її, а також ареал утримуються на одному рівні . Стабільна населення –це населення, у якій число особин різного віку поступово змінюється і має характер нормального розподілу (як приклад можна назвати населення країн Західної Європи).

Популяція, що скорочується (вмирає)- Це популяція, у якої смертність перевищує народжуваність . Зменшується, або відмираюча популяція - це популяція, в якій переважають особини старшого віку. Прикладом є Росія 90-х XX століття.

Однак скорочуватися безмежно вона також не може. За певного рівня чисельності інтенсивність смертності починає падати, а плодючісті підвищуватися . У кінцевому підсумку популяція, що скорочується, досягнувши якоїсь мінімальної чисельності, перетворюється на свою протилежність - в зростаючу популяцію. Народжуваність у такій популяції поступово зростає і в певний момент вирівнюється зі смертністю, тобто популяція на короткий проміжок часу стає стабільною. У популяціях, що скорочуються, переважають старі особини, вже не здатні інтенсивно розмножуватися. Така вікова структура свідчить про несприятливі умови.

1. Екологічна ніша організму, поняття та визначення. Місце проживання. Взаємне розташування екологічних ніш. Екологічна ніша людини.

Будь-який вид тварини, рослини, мікроба здатний нормально мешкати, харчуватися, розмножуватися тільки в тому місці, де його «прописала» еволюція за багато тисячоліть, починаючи з його предків. Для позначення цього феномену біологи запозичили термін з архітектури – слово «ніша»і почали говорити, що кожен вид живого організму займає в природі свою, тільки йому властиву екологічну нішу.

Екологічна ніша організму– це сукупність усіх його вимог до умов середовища (складу та режимів екологічних факторів) та місце, де ці вимоги задовольняються, або вся сукупність безлічі біологічних характеристик та фізичних параметрів середовища, що визначають умови існування того чи іншого виду, перетворення ним енергії, обмін інформацією з середовищем і собі подібними.

Поняття «екологічна ніша» зазвичай застосовується при використанні взаємин екологічно близьких видів, що належать до одного трофічного рівня. Термін «екологічна ніша» запропонований Дж. Гріннеллом у 1917 роцідля характеристики просторового розподілу видів, тобто екологічна ніша визначалася як поняття, близьке до місця проживання. Ч. Елтонвизначив екологічну нішу як становище виду у співтоваристві, наголосивши на особливій важливості трофічних зв'язків. Нішу можна як частина уявного багатовимірного простору (гіперобйому), окремі виміри якого відповідають чинникам, необхідні виду. Чим більше варіює параметр, тобто. пристосованість виду до певного екологічного чинника, тим ширша його ніша. Ніша може збільшуватись і у разі ослабленої конкуренції.

Місце проживання виду– це фізичне простір, займане виглядом, організмом, співтовариством, воно визначається сукупністю умов абіотичного і біотичного середовища, що забезпечують весь цикл розвитку особин одного виду.

Місце проживання виду можна позначити як "просторова ніша".

Функціональне становище у співтоваристві, у шляхах переробки речовини та енергії в процесі харчування називають трофічною нішою.

Образно кажучи, якщо місцепроживання - це адреса організмів даного виду, то трофічна ніша - це професія, роль організму в місці його проживання.

Поєднання цих та інших параметрів прийнято називати екологічною нішою.

Екологічна ніша(від франц. ніші – поглиблення у стіні) – це місце, займане біологічним виглядом у біосфері, включає як його становище у просторі, а й у трофічних та інших взаємодіях у співтоваристві, як би «професія» виду.

Ніша екологічна фундаментальна(потенційна) – це екологічна ніша, у якій вид може існувати за відсутності конкуренції із боку інших видів.

Ніша екологічна реалізована (реальна) –екологічна ніша, частина фундаментальної (потенційної) ніші, яку вид може відстояти у конкурентній боротьбі коїться з іншими видами.

По взаємному розташуванню ніші двох видів поділяються на три типи: екологічні ніші, що не стикаються; ніші, що стикаються, але не перекриваються; ніші, що стикаються і перекриваються.

Людина – одне із представників царства тварин, біологічний вид класу ссавців. Незважаючи на те, що йому притаманні багато специфічних властивостей (розум, членороздільна мова, трудова діяльність, біосоціальність та ін), він не втратив своєї біологічної сутності і всі закони екології справедливі для нього в тій же мірі, як і для інших живих організмів. . Людина маєсвою, тільки йому властиву, екологічну нішуПростір, у якому локалізована ніша людини дуже обмежена. Як біологічний вид, людина може мешкати лише в межах суші екваторіального поясу (тропіки, субтропіки), де й виникло сімейство гомінідів.

1. Сформулюйте фундаментальний закон Гаузі. Що таке "життєва форма"? Які екологічні (або життєві) форми виділяють серед мешканців водного середовища?

Як у рослинному, і у тваринному світі дуже поширена міжвидова і внутрішньовидова конкуренція. Між ними існує важлива різниця.

Правило (або навіть закон) Гаузі:два види не можуть одночасно займати ту саму екологічну нішу і тому обов'язково витісняють один одного.

В одному з дослідів Гаузе розводив два види інфузорій – Paramecium caudatum та Paramecium aurelia. Як їжу вони регулярно отримували один із видів бактерій, який у присутності парамецій не розмножується. Якщо кожен вид інфузорій культивувався порізно, їх популяції росли відповідно до типової сигмовидной кривою (а). У цьому чисельність парамеций визначалася кількістю їжі. Але за спільного існування парамеції починали конкурувати і P. aurelia цілком витісняла свого конкурента (б).

Мал. Конкуренція між двома близькими видами інфузорій, що займають загальну екологічну нішу. а - Paramecium caudatum; б - P. aurelia. 1. - в одній культурі; 2. – у змішаній культурі

При сумісному вирощуванні інфузорій через деякий час залишився лише один вид. При цьому інфузорії не нападали на особин іншого типу та не виділяли шкідливих речовин. Пояснення у тому, що вивчені види відрізнялися неоднаковою швидкістю зростання. У конкуренції за їжу перемагав вид, що швидше розмножується.

При розведенні P. caudatum та P. bursariaподібного витіснення не відбувалося, обидва види перебували в рівновазі, причому останній зосереджувався на дні та стінках судини, а перший – у вільному просторі, тобто в іншій екологічній ніші. Досліди з іншими видами інфузорій продемонстрували закономірність взаємини жертви та хижака.

Принципу Гаузеносить назву – принципу змагання-виключення. Цей принцип призводить або до екологічного поділу близьких видів, або до зменшення їх густини там, де вони можуть співіснувати. Через війну конкуренції відбувається витіснення однієї з видів. Принцип Гаузе відіграє величезну роль у розвитку концепції ніші, а також змушує екологів шукати відповіді на ряд питань: Яким чином співіснують подібні види? Наскільки великі мають бути відмінності між видами, щоб вони могли співіснувати? Як вдається уникнути конкурентного виключення?

Життєва форма виду -це комплекс комплекс його біологічних, фізіологічних і морфологічних властивостей, що зумовлює певну реакцію на вплив навколишнього середовища.

Серед мешканців водного середовища (гідробіонтів) класифікація виділяє такі життєві форми.

1.Нейстон(Від грец. Нейстон - здатний плавати) – сукупність морських та прісноводних організмів, що мешкають біля поверхні води , наприклад личинки комарів, багато найпростіші, клопи-водомірки, та якщо з рослин – добре відома ряска.

2.Ближче до поверхні води живе планктон.

Планктон(від грецьк. планктос – ширяючий) – плаваючі організми, здатні здійснювати вертикальні та горизонтальні переміщення переважно відповідно до руху водних мас. Виділяють фітопланктон- фотосинтезують вільно плаваючі водорості та зоопланктон- дрібні ракоподібні, личинки молюски та риби, медузи, дрібні риби.

3.Нектон(Від грец. Нектос - плаваючий) - вільно плаваючі організми, здатні до самостійного вертикального та горизонтального переміщення. Нектонмешкає в товщі води - це риби, в морях і океанах, амфібії, великі водні комахи, ракоподібні, також плазуни (морські змії та черепахи) і ссавці: китоподібні (дельфіни та кити) і ластоногі (тюлені).

4. Перифітон(Від грец. Пері - навколо, навколо, фітон - рослина) - тварини і рослини, прикріплені до стебел вищих рослин і піднімаються над дном (молюски, коловратки, мшанки, гідри та ін).

5. Бентос (від грец. бентос – глибина, дно) – донні організми, що ведуть прикріплений або вільний спосіб життя, у тому числі: що мешкають у товщі донного осаду. Це переважно молюски, деякі нижчі рослини, личинки комах, що повзають, черв'яки. У придонному шарі живуть організми, що живляться в основному залишками, що розкладаються.

1. Що таке біоценоз, біогеозоз, агроценоз? Структура біогеоценозу. Хто є засновником вчення про біоценоз? Приклади біогеоценозу.

Біоценоз(від грец. koinos - загальний bios -життя) - це спільнота взаємодіючих живих організмів, що складається з рослин (фітоценоз), тварин (зооценоз), мікроорганізмів (мікробоценоз), пристосованих до спільного проживання на даній території.

Поняття «біоценоз»умовне, оскільки поза середовищем існування організми жити не можуть, але ним зручно користуватися в процесі вивчення екологічних зв'язків між організмами. Залежно від місцевості, ставлення до людської діяльності, ступеня насичення, повноцінності тощо. розрізняють біоценози суші, води, природні та антропогенні, насичені та ненасичені, повночлені та неповночлені.

Біоценози, як і популяції.це надорганізмний рівень організації життя, але вищого рангу.

Розміри біоценотичних угруповань різні- це й великі угруповання подушок лишайників на стовбурах дерев чи гниючий пень, але й населення степів, лісів, пустель тощо.

Співтовариство організмів називають біоценозом, а науку, що вивчає співтовариство організмів - біоценологією.

В.М. Сукачовимдля позначення спільнот було запропоновано (і загальноприйнятий) термін біогеоценоз(Від грец. Біос - життя, гео - Земля, ценоз - співтовариство) - це сукупність організмів та природних явищ, характерних для даної географічної місцевості.

Структура біогеоценозу включає два компоненти біотичну -співтовариство живих рослинних та тваринних організмів (біоценоз) - І абіотичну -сукупність неживих факторів середовища (екотоп чи біотоп).

Простірз більш менш однорідними умовами, яке займає біоценоз, носить назву біотопу (topis - місце) або екотопа.

Екотопвключає дві основні компоненти: кліматотоп- клімат у всіх його різноманітних проявах та едафотоп(Від грец. Едафос - грунт) - грунт-ґрунти, рельєф, води.

Біогеоценоз= біоценоз (фітоценоз+зооценоз+мікробоценоз)+біотоп (клімат+едафотоп).

Біогеоценозице природні утворення (в них є елемент «гео» – Земля ) .

прикладами біогеоценозівможуть бути ставок, луг, змішаний чи однопородний ліс. На рівні біогеоценозу відбуваються всі процеси трансформації енергії та речовини у біосфері.

Агроценоз(Від лат. Аграріс і грець койкос - загальний) - створене людиною і ним штучно підтримується співтовариство організмів з підвищеною врожайністю (продуктивністю) одного або декількох обраних видів рослин або тварин.

Агроценоз відрізняється від біогеоценозуосновними компонентами. Він може існувати без підтримки людини, оскільки це штучно створене біотичне співтовариство.

1. Поняття «екосистема». Три принципи функціонування екосистем.

Екологічна система- одне з найважливіших понять екології, скорочено – екосистема.

Екосистема(Від грец. Ойкос - житло і система) - це будь-яке співтовариство живих істот разом з середовищем їх проживання, пов'язане всередині складною системою взаємин.

Екосистема -це надорганізмові об'єднання, що включають організми і неживе (кісне) оточення, що перебувають у взаємодії, без чого неможлива підтримка життя на нашій планеті. Це співтовариство рослинних і тваринних організмів та неорганічного середовища.

Виходячи з взаємодії живих організмів, що утворюють екосистему, між собою і середовищем їхнього існування, у будь-якій екосистемі виділяють взаємозумовлені сукупності біотичних(живі організми) та абіотичних(кісна або нежива природа) компонентів, а також фактори середовища (такі як сонячна радиація, вологість і температура, атмосферний тиск), антропогенні факторита інші.

До абіотичних компонентів екосистемвідносяться неорганічні речовини - вуглець, азот, вода, атмосферна вуглекислота, мінерали, органічні речовини, що знаходяться переважно в ґрунті: білки, вуглеводи, жири, гумінові речовини та ін, що потрапили в ґрунт після відмирання організмів.

До біотичних компонентів екосистемивідносяться продуценти, автотрофи (рослини, хемосинтетики), консументи (тварини) та детритофаги, редуценти (тварини, бактерії, гриби).

Казанська фізіологічна школа. Ф.В. Овсянніков, Н.О. Ковалевський, Н.А. Миславський, А.В. Кібяков

Екологічні фактори- Це комплекс навколишніх умов, що впливають на живі організми. Розрізняють фактори неживої природи- Абіотичні (кліматичні, едафічні, орографічні, гідрографічні, хімічні, пірогенні), фактори живої природи— біотичні (фітогенні та зоогенні) та фактори антропогенні (вплив людської діяльності). До лімітуючих відносяться будь-які фактори, що обмежують зростання та розвиток організмів. Пристосування організму до довкілля називається адаптацією. Зовнішній вигляд організму, що відбиває його пристосованість до умов середовища, називається життєвою формою.

Поняття про екологічні фактори середовища, їх класифікація

Окремі компоненти довкілля, що впливають на живі організми, на які вони реагують пристосувальними реакціями (адаптаціями), називаються факторами середовища, або екологічними факторами. Інакше кажучи, комплекс навколишніх умов, що впливають на життєдіяльність організмів, має назву екологічні чинники середовища

Усі екологічні чинники поділяють на групи:

1. включають компоненти та явища неживої природи, що прямо чи опосередковано впливають на живі організми. Серед багатьох абіотичних факторів головну роль відіграють:

• кліматичні(сонячна радіація, світло та світловий режим, температура, вологість, атмосферні опади, вітер, атмосферний тиск та ін.);
• едафічні(механічна структура та хімічний склад ґрунту, вологоємність, водний, повітряний та тепловий режим ґрунту, кислотність, вологість, газовий склад, рівень ґрунтових вод та ін.);
• орографічні(рельєф, експозиція схилу, крутість схилу, перепад висот, висота над рівнем моря);
• гідрографічні(прозорість води, плинність, проточність, температура, кислотність, газовий склад, вміст мінеральних та органічних речовин та ін.);
• хімічні(газовий склад атмосфери, сольовий склад води);
• пірогенні(Вплив вогню).

2. — сукупність взаємовідносин живих організмів, і навіть їх взаємовпливів на довкілля. Дія біотичних факторів може бути не тільки безпосереднім, а й непрямим, виражаючи коригування абіотичних факторів (наприклад, зміна складу грунту, мікроклімату під пологом лісу і т.д.). До біотичних факторів належать:

• фітогенні(Вплив рослин один на одного і на навколишнє середовище);
• зоогенні(Вплив тварин один на одного і на навколишнє середовище).

3. відображають інтенсивний вплив людини (безпосередньо) або людської діяльності (опосередковано) на довкілля та живі організми. До таких факторів відносяться всі форми діяльності людини і людського суспільства, які призводять до зміни природи як довкілля та інших видів і безпосередньо позначаються на їхньому житті. Кожен живий організм зазнає впливу неживої природи, організмів інших видів, у тому числі людини, і в свою чергу впливає на кожну з цих складових.

Вплив антропогенних чинників у природі може бути як свідомим, і випадковим, чи неусвідомленим. Людина, розорюючи цілинні та покладені землі, створює сільськогосподарські угіддя, виводить високопродуктивні та стійкі до захворювань форми, розселяє одні види та знищує інші. Ці впливу (свідомі) часто мають негативний характер, наприклад необдумане розселення багатьох тварин, рослин, мікроорганізмів, хижацьке знищення цілого ряду видів, забруднення середовища та ін.

Біотичні фактори середовища проявляються через взаємини організмів, що входять до однієї спільноти. У природі багато видів тісно взаємопов'язані, їх відносини один з одним як компонентами довкілля можуть мати надзвичайно складний характер. Що стосується зв'язків між спільнотою та навколишнім неорганічним середовищем, то вони завжди є двосторонніми, обопільними. Так, характер лісу залежить від відповідного типу ґрунтів, але сам ґрунт значною мірою формується під впливом лісу. Подібно до цього температура, вологість і освітленість у лісі визначаються рослинністю, але сформовані кліматичні умови в свою чергу впливають на співтовариство живуть у лісі організмів.

Вплив екологічних факторів на організм

Вплив довкілля сприймається організмами через посередництво факторів середовища, званих екологічними.Слід зазначити, що екологічним фактором є тільки елемент довкілля, що змінюється, що викликає у організмів при своїй повторній зміні відповідні пристосувальні еколого-фізіологічні реакції, що спадково закріплюються в процесі еволюції. Вони поділяються на абіотичні, біотичні та антропогенні (рис. 1).

Називають всю сукупність факторів неорганічного середовища, що впливають на життя та поширення тварин та рослин. Серед них розрізняють: фізичні, хімічні та едафічні.

Фізичні фактори -ті, джерелом яких є фізичний стан чи явище (механічне, хвильове та інших.). Наприклад, температура.

Хімічні фактори- Ті, що походять від хімічного складу середовища. Наприклад, солоність води, вміст кисню тощо.

Едафічні (або ґрунтові) факториявляють собою сукупність хімічних, фізичних і механічних властивостей грунтів і гірських порід, що впливають як на організми, для яких вони є довкіллям, так і на кореневу систему рослин. Наприклад, вплив біогенних елементів, вологості, структури ґрунту, вміст гумусу тощо. на зростання та розвиток рослин.

Мал. 1. Схема впливу довкілля (навколишнього середовища) на організм

- фактори діяльності людини, що впливають на навколишнє природне середовище (і гідросфери, ерозія ґрунтів, знищення лісів тощо).

Лімітуючими (обмежуючими) екологічними фактораминазивають такі фактори, які обмежують розвиток організмів через нестачу чи надлишок поживних речовин у порівнянні з потребою (оптимальним вмістом).

Так, при вирощуванні рослин за різних температур точка, при якій спостерігається максимальне зростання, і буде оптимумом.Весь інтервал температур, від мінімальної до максимальної, за яких ще можливе зростання, називають діапазоном стійкості (витривалості),або толерантності.Обмежують його точки, тобто. максимальна та мінімальна придатні для життя температури — межі стійкості. Між зоною оптимуму і межами стійкості з наближенням до останнім рослина відчуває все наростаючий стрес, тобто. мова йде про стресові зони, або зони пригнічення,у межах діапазону стійкості (рис. 2). У міру віддалення від оптимуму вниз і вгору за шкалою не тільки посилюється стрес, але після досягнення меж стійкості організму відбувається його загибель.

Мал. 2. Залежність впливу екологічного чинника від його інтенсивності

Таким чином, для кожного виду рослин або тварин існують оптимум, стресові зони та межі стійкості (або витривалості) щодо кожного фактора довкілля. При значенні фактора, близького до меж витривалості, організм може існувати лише нетривалий час. У вужчому інтервалі умов можливе тривале існування та зростання особин. Ще у вужчому діапазоні відбувається розмноження, і вигляд може існувати необмежено довго. Зазвичай десь у середній частині діапазону стійкості є умови, найбільш сприятливі для життєдіяльності, зростання та розмноження. Ці умови називають оптимальними, у яких особини цього виду виявляються найпристосованішими, тобто. залишають найбільше нащадків. Насправді виявити такі умови складно, тому оптимум зазвичай визначають окремі показники життєдіяльності (швидкість зростання, виживання тощо.).

Адаптаціяполягає в пристосуванні організму до умов довкілля.

Здатність до адаптацій - одна з основних властивостей життя взагалі, що забезпечує можливість її існування, можливість організмів виживати та розмножуватися. Адаптації проявляються на різних рівнях - від біохімії клітин та поведінки окремих організмів до будови та функціонування спільнот та екологічних систем. Усі пристосування організмів до існування у різних умовах виробилися історично. В результаті сформувалися специфічні для кожної географічної зони угруповання рослин та тварин.

Адаптації можуть бути морфологічними,коли змінюється будова організму аж до утворення нового виду, та фізіологічними,коли відбуваються зміни у функціонуванні організму. До морфологічних адаптацій близько примикає пристосувальне забарвлення тварин, здатність змінювати її залежно від освітленості (камбала, хамелеон та ін.).

Широко відомі приклади фізіологічної адаптації - зимова сплячка тварин, сезонні перельоти птахів.

Дуже важливими для організмів є поведінкові адаптації.Наприклад, інстинктивна поведінка визначає дію комах та нижчих хребетних: риб, земноводних, плазунів, птахів та ін. Така поведінка генетично запрограмована і передається у спадок (вроджена поведінка). Сюди відноситься: спосіб побудови гнізда у птахів, спарювання, вирощування потомства та ін.

Існує також і набутий наказ, отриманий індивідом у його житті. Навчання(або навчання) -Основний метод передачі отриманого поведінки від покоління до іншого.

Здатність індивіда керувати своїми пізнавальними здібностями, щоб вижити при несподіваних змінах довкілля, є інтелектом.Роль навчання та інтелекту у поведінці зростає з удосконаленням нервової системи – збільшенням кори головного мозку. Для людини це визначальний механізм еволюції. Властивість видів адаптуватися до того чи іншого діапазону факторів середовища позначається поняттям екологічна містичність виду.

Спільна дія екологічних факторів на організм

Екологічні чинники зазвичай діють по одному, а комплексно. Дія одного фактора залежить від сили впливу інших. Поєднання різних факторів помітно впливає на оптимальні умови життя організму (див. рис. 2). Дія одного фактора не замінює дію іншого. Однак при комплексному впливі середовища часто можна спостерігати «ефект заміщення», який проявляється у схожості результатів впливу різних факторів. Так, світло не може бути замінене надлишком тепла або великою кількістю вуглекислого газу, але, впливаючи змінами температури, можна призупинити, наприклад, фотосинтез рослин.

У комплексному впливі середовища дія різних факторів для організмів нерівноцінна. Їх можна поділити на головні, супутні та другорядні. Провідні чинники різні для різних організмів, навіть вони живуть одному місці. У ролі провідного чинника різних етапах життя організму можуть виступати то одні, то інші елементи середовища. Наприклад, у житті багатьох культурних рослин, таких, як злаки, у період проростання провідним фактором є температура, у період колосіння та цвітіння – ґрунтова волога, у період дозрівання – кількість поживних речовин та вологість повітря. Роль провідного фактора в різні пори року може змінюватися.

Провідний чинник може бути неоднаковий в тих самих видів, що у різних фізико-географічних умовах.

Поняття про провідні фактори не можна змішувати з поняттям про. Чинник, рівень якого в якісному чи кількісному відношенні (недолік чи надлишок) виявляється близьким до меж витривалості даного організму, називається лімітуючим.Дія лімітуючого фактора виявлятиметься і в тому випадку, коли інші фактори середовища сприятливі або навіть оптимальні. Лімітуючими можуть бути як провідні, і другорядні екологічні чинники.

Поняття лімітуючих чинників було запроваджено 1840 р. хіміком 10. Лібіхом. Вивчаючи вплив зростання рослин вмісту різних хімічних елементів у грунті, він сформулював принцип: «Речовою, що у мінімумі, управляється врожай і визначається величина і стійкість останнього у часе». Цей принцип відомий за назвою закону мінімуму Лібіха.

Лімітуючим фактором може бути не лише недолік, на що вказував Лібіх, а й надлишок таких факторів, як, наприклад, тепло, світло та вода. Як зазначалося раніше, організми характеризуються екологічним мінімумом та максимумом. Діапазон між цими двома величинами прийнято називати межами стійкості чи толерантності.

У загальному вигляді всю складність впливу екологічних факторів на організм відображає закон толерантності В. Шелфорда: відсутність або неможливість процвітання визначається недоліком або, навпаки, надлишком будь-якого з ряду факторів, рівень яких може виявитися близьким до меж, що переносяться даним організмом (1913). Ці дві межі називають межами толерантності.

За «екологією толерантності» було проведено численні дослідження, завдяки яким стали відомі межі існування багатьох рослин та тварин. Таким прикладом є вплив речовини, що забруднює атмосферне повітря, на організм людини (рис. 3).

Мал. 3. Вплив речовини, що забруднює атмосферне повітря, на організм людини. Макс - максимальна життєва активність; Додаткова - допустима життєва активність; Опт - оптимальна (не впливає на життєву активність) концентрація шкідливої ​​речовини; ГДК - гранично допустима концентрація речовини, що істотно не змінює життєву активність; Літ - летальна концентрація

Концентрація фактора, що впливає (шкідливої ​​речовини) на рис. 5.2 позначена символом З. При значеннях концентрації З = З років людина загине, але незворотні зміни у його організмі відбудуться за значно менших значеннях З = З пдк. Отже, діапазон толерантності обмежується саме значенням С пдк = С лім. Звідси, С пк необхідно визначити експериментально для кожного забруднюючого або будь-якого шкідливого хімічного з'єднання і не допускати перевищення його С плк в конкретному середовищі проживання (життєвому середовищі).

В охороні навколишнього середовища важливі саме верхні межі стійкості організмудо шкідливих речовин.

Таким чином, фактична концентрація забруднюючої речовини С факт не повинна перевищувати С пдк (С факт ≤ С пдк = С лім).

Цінність концепції лімітуючих чинників (З лім) у тому, що вона дає екологу відправну точку щодо складних ситуацій. Якщо для організму характерний широкий діапазон толерантності до фактора, що відрізняється відносною постійністю, і він присутній в середовищі в помірних кількостях, такий навряд чи є лімітуючим. Навпаки, якщо відомо, що той чи інший організм має вузький діапазон толерантності до якогось мінливого фактора, то саме цей фактор і заслуговує на уважне вивчення, оскільки він може бути лімітуючим.