Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 2. Понятие о среде обитания и об окружающей среде. Факторы среды и их классификация Вспомните, какие факторы живой и неживой природы окружают растительный или животный организм в их местообитаниях. Как вы думаете? По каким критериям можно разделить на группы факторы среды обитания организма? Вы узнаете о классификации факторов среды обитания по значимости для жизни организма и по природе их происхождения. Понятие о среде обитания и об окружающей среде. Такие понятия, как «среда обитания» и «окружающая среда», с точки зрения экологов не являются равнозначными. Проверим знания Правообладатель Народная асвета 12 Глава 1. Организм и среда Когда речь идет о среде в широком смысле слова, то употребляют по- нятие «окружающая среда». Окружающая среда — совокупность всех условий, в которых существует жизнь на планете Земля. Американский биолог П. Э р л и х очень образно охарактеризовал окружающую среду. Он писал: «Наша окружающая среда — единственная в своем роде «кожа» из почвы, воды и газообразной атмосферы, минеральных питательных веществ и живых организмов, покрывающая ничем в остальном особо не примечательную планету». Однако такое понятие не логично применять по отношению к отдельно взятому организму. В этом случае применяют термин «среда обитания». Среда обитания — часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует в течение своего жизненного цикла. Факторы среды и их классификация. Среда обитания каждого орга- низма сложна и изменчива во времени и пространстве. Она включает мно- жество элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком и его хозяйственной деятельностью. В экологии эти элементы среды называются факторами. Все факторысреды по отношению к ор- ганизму неравнозначны. Одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. Экологические факторы — свойства и компоненты среды обитания, которые вызывают у организма приспособительные реакции — адапта- ции. Адаптация (от лат. adaptatio — прилаживание, приспособление) — признак или комплекс признаков, обеспечивающих выживание и раз- множение организмов в конкретной среде обитания. Например, обтекае- мая форма тела рыб облегчает их передвижение в плотной водной среде. У некоторых видов растений засушливых мест вода может запасаться в листьях (алоэ) или стеблях (кактус). В среде обитания экологические факторы различаются по значимо- сти для каждого организма. Например, атмосферный углекислый газ не оказывает влияния на жизнедеятельность животных, так как не погло- щается ими при дыхании из-за более низкого парциального давления в альвеолах легких, чем в крови. Но он обязателен для жизни растений, поскольку используется при фотосинтезе. Следовательно, для существо- вания организмов любого вида требуются определенные экологические факторы. Условия существования (жизни) — комплекс экологических факто- ров, без которых организм не может существовать в данной среде. Отсутствие в среде обитания хотя бы одного из факторов этого ком- плекса приводит к гибели организма. Так, к обязательным условиям существования растительного организма относится наличие воды, опре- Правообладатель Народная асвета 13 деленной температуры, света, углекислого газа, минеральных веществ. Тогда как для животного организма такими являются вода, определенная температура, кислород, органические вещества. Все остальные экологические факторы не являются жизненно важ- ными для организма, хотя и могут влиять на его существование. Их на- зывают второстепенными факторами. Например, для животных моле- кулярный азот не является жизненно необходимым, так как они не мо- гут его поглощать. Для существования растений не обязательно наличие органических веществ, так как они являются автотрофами и способны синтезировать органические вещества из неорганических с поглощением солнечной энергии. Экологические факторы многообразны. Они играют различную роль в жизни организмов, имеют неодинаковую природу и специфику дей- ствия. И хотя экологические факторы воздействуют на организм как единый комплекс, их классифицируют по разным критериям. Это об- легчает изучение закономерностей взаимодействия организмов со средой обитания. Разнообразие экологических факторов по природе происхождения в среде обитания позволяет разделить их на три большие группы: абиоти- ческие, биотические, антропогенные. В каждой из групп можно выделить несколько подгрупп факторов. Абиотические факторы — элементы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм и вызывают у него ответную реакцию. Их разделяют на четыре подгруппы: 1) климатические факторы — все факторы, которые формируют климат в данной среде обитания (свет, газовый состав воздуха, осадки, температура, влажность воздуха, атмосферное давление, скорость ветра); 2) эдафические (почвенные) факторы (от греч. eЂdaphos — почва) — свойства почвы, которые разделяются на ф и з и ч е с к и е (влажность, ком- коватость, воздухо- и влагопроницаемость, плотность) и х и м и ч е с к и е (кислотность, минеральный состав, содержание органического вещества); 3) орографические факторы (факторы рельефа) — особенности харак- тера и специфика рельефа местности. К ним относятся: высота над уров- нем моря, широта, крутизна (угол наклона местности по отношению к го- ризонту), экспозиция (положение местности относительно сторон света); 4) геофизические факторы — физические явления природы (грави- тация, магнитное поле Земли, ионизирующее и электромагнитное из- лучения). Биотические факторы — элементы живой природы, то есть живые организмы, влияющие на данный организм и вызывающие у него ответ- ные реакции. Они носят самый разнообразный характер и действуют не § 2. Понятие о среде обитания и об окружающей среде Правообладатель Народная асвета 14 Глава 1. Организм и среда только непосредственно, но и косвенно через элементы неорганической природы. Биотические факторы разделяют на две подгруппы: 1) внутривидовые факторы — влияющим фактором является орга- низм того же вида, что и данный организм (например, в лесу высокая береза затеняет маленькую березку, у земноводных при высокой числен- ности крупные головастики выделяют вещества, замедляющие развитие более мелких головастиков); 2) межвидовые факторы — влияние на данный организм оказывают особи других видов (например, густая ель угнетает рост травянистых рас- тений под ее кроной, клубеньковые бактерии дополнительно обеспечи- вают азотом бобовые растения). Более подробно действие этих факторов рассматривается в главе 5 «Экосистема — основная единица биосферы». Антропогенные факторы — разнообразные виды деятельности че- ловека, которая влияет как на сами организмы, так и на их местооби- тания. В зависимости от способа воздействия выделяют две подгруппы антропогенных факторов: 1)прямые факторы — непосредственное воздействие человека на ор- ганизмы (вырубка деревьев, скашивание травы, посадка леса, отстрел зверей и птиц, разведение рыбы); 2) косвенные факторы — опосредованное влияние человека на среду обитания организмов самим фактом своего существования и через хозяй- ственную деятельность. Как биологическое существо человек поглощает кислород и выделяет углекислый газ, изымает пищевые ресурсы. Как социальное существо он оказывает влияние через сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовую деятельность. Последствия действия антропогенных факторов более подробно рас- сматриваются в главе 7 «Человек и биосфера». Повторим главное. Окружающая среда — совокупность всех усло- вий, в которых существует жизнь на планете Земля. Среда обита- ния — часть природы, с которой организм непосредственно взаимо- действует в течение своей жизни. Экологические факторы — свой- ства и компоненты среды обитания, вызывающие у организма при- способительные реакции — адаптации. По значимости для организма экологические факторы разделяют на условия существования и вто- ростепенные факторы. По природе происхождения факторы делят на три группы: абиотические (климатические, эдафические, орографи- ческие, геофизические), биотические (внутривидовые, межвидовые) и антропогенные (прямые, косвенные). Правообладатель Народная асвета 15 § 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятий «среда обитания» и «условия суще- ствования». 2. Какие из перечисленных ниже факторов являются условиями существо- вания для растений, а какие — для животных: вода, ветер, свет, углекислый газ, орга- нические вещества, минеральные вещества? 3. На какие группы и подгруппы разделяют экологические факторы по природе их происхождения? Приведите примеры факторов каждой подгруппы. Сложные вопросы. 1. Составьте прогноз последствий прямого воздействия перечислен- ных антропогенных факторов на организмы: вырубка лесов, прямое истребление диких зверей и птиц, избыточный вылов рыбы. 2. Используя текст параграфа, составьте схему разделения экологических факторов на группы и подгруппы по их происхождению. Для каждой подгруппы запишите примеры факторов, выбрав их из предложенного перечня: температура, высота местности, хищники, свет, транспорт, паразиты, электромагнитное излучение, вырубка деревьев, минеральный состав почвы, растительноядные животные, орошение засушливых земель. § 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости Вспомните, на какие группы классифицируют экологические факторы среды обитания по их значимости для организма и по происхождению. Как вы думаете? Почему одна и та же сила воздействия экологического фактора для одних организмов благоприятна, для других — неблагоприятна, а для третьих — губительна? Вы узнаете об общих закономерностях воздействия экологических факторов среды обитания на жизнедеятельность организмов, о пределах выносливости организмов. Пределы выносливости и зоны воздействия экологического фактора. Человек, наблюдая за жизнью организмов в природе, долгое время не мог получить ответы на ряд интересующих его вопросов. Почему пере- селение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других — нет? Почему одни виды могут жить в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относи- тельное постоянство этих условий? Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологиче- ские знания позволили установить зависимость жизнедеятельности ор- ганизмов от силы воздействия экологических факторов. Любая ответная Проверим знания Правообладатель Народная асвета 16 Глава 1. Организм и среда реакция организма на дей- ствие фактора среды в конеч- ном итоге отражается на его жизнедеятельности. Она зави- сит не только от природы фак- тора, но и от силы и продол- жительности его воздействия на организм, то есть от д о з ы ф а к т о р а. Несмотря на разнообра- зие экологических факторов, был выявлен ряд общих за- кономерностей в ответных реакциях живых организмов. Теоретически зависимость жизнедеятельности организ- ма (его ответной реакции) от силы воздействия фактора в общем виде можно выра- зить куполообразной кривой (рис. 3). В реальной ситуации эта кривая, как правило, не бывает идеально симметрич- ной. Как видно из графика, организм проявляет жизне- деятельность не при любой силе воздействия фактора, а в определенном диапазоне. Этот диапазон ограничен ми- нимальным и максимальным значениями силы воздей- ствия фактора, переносимы- ми организмом. Минимальное значение силы воздействия фактора, при котором начи- нается проявление жизнедея- тельности организма, называ- ется экологическим миниму- мом или нижним пределом Рис. 3. Зависимость жизнедеятельности организма от силы воздействия экологического фактора: 1 — зона пессимума; 2 — зона нормальной жизнедеятельности; 3 — зона оптимума Пределы выносливости Экологический минимум (нижний предел выносливости) Экологический оптимум Экологический максимум (верхний предел выносливости) Интенсивность жизнедеятельности Размножение Оптимум Пределы выносливости Рост и развитие Выживание Гибель С и л а в о з д е й с т в и я ф а к т о р а Правообладатель Народная асвета 17 выносливости. А максимальное значение, при котором жизнедеятель- ность организма прекращается, — экологическим максимумом или верхним пределом выносливости. Разные виды могут существенно раз- личаться по этим значениям. В зоне умеренного климата экологический минимум по температуре для древесных растений лежит в области от- рицательных температур. Для травянистых растений (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка) он немногим выше 0 C, а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) не ниже 10 C. Сле- довательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости. Пределы выносливости — диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнедеятельность организма. Если сила воздействия фактора выходит за эти пределы, то жизнь организма в данной среде становится невозможной, и он погибает. В пре- делах выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию (см. рис. 3): 1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред),или зона угнетения, — это диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пре- делах которых жизнедеятельность организма снижена. При такой силе воздействия фактора невозможны его рост и развитие, но сохраняется воз- можность для существования; 2) зона нормальной жизнедеятельности,или зона нормы, — диапа- зоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдают- ся рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна для его размножения; 3) зона оптимума (от лат. optimum — наилучший) — диапазон силы воздействия фактора, в пределах которого организм проявляет макси- мальную жизнедеятельность. При такой силе воздействия фактора на- блюдаются рост, развитие и размножение организма. Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жиз- недеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в опреде- ленном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума. Таким образом, закономерностями воздействия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума. § 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости Правообладатель Народная асвета 18 Глава 1. Организм и среда Понятие о стенобионтах и эврибионтах. У всех видов организмов в процессе эволюции выработалась способность воспринимать силу воздей- ствия факторов среды в тех пределах, которые благоприятно влияют на их жизнедеятельность. Виды, долго жившие в относительно стабильных условиях среды, утратили способность выдерживать значительные от- клонения факторов от их оптимальных значений. В то же время виды, которые были подвержены существенным колебаниям факторов, стали выносливыми по отношению к изменяющимся условиям среды. Врож- денное свойство видов приспосабливаться к определенному диапазону изменения факторов средыназывается экологической пластичностью или экологической валентностью. В зависимости от пределов выносливости виды разделяют на две группы: стенобионты и эврибионты. Стенобионты (от греч. stenos — узкий) — виды организмов, имеющие узкие пределы выносливости. Они способны существовать на ограниченных территориях с относительно по- стоянными условиями среды. К стенобионтам относятся многие живот- ные океанических глубин (камбала, скаты), обитатели пещер, влажных тропических лесов (колибри), высокогорных районов, изолированных океанических островов (коала, ехидна, утконос). Стенобионтность ограни- чивает возможность расселения и обусловливает локальное распростране- ние видов. Эврибионты (от греч. eurys — широкий) — виды организмов, имеющие широкие пределы выносливости. Они могут заселять обширные территории и выдерживать значительные колебания факторов внешней среды. Эврибионты широко распространены по всей планете. Из растений к ним можно отнести ель, сосну, березу, сорняки (пырей, одуванчик). Из животного царства — собак, крыс, мышей, воробьев, синиц, голубей. Это интересно. Рыбы, живущие в водоемах пустынь, переносят перепады температуры от +10 до +40 C. Они являются эврибионтами по сравнению с антарктическими рыбами, диапазон переносимых температур у которых составляет всего 4 C (от –2 до +2 C). В Беларуси элодея канадская и зо- лотарник канадский являются эврибионтами по температурному фактору, вследствие чего они широко распространились по всей территории. В то же время ручьевая форель — стенобионт по отношению к температуре и концен- трации кислорода. Она не выдерживает заметного колебания значений этих факторов, поэтому может жить только в определенных водоемах. С разнообразием стенобионтов и эврибионтов по отношению к отдель- ным экологическим факторам (свет, влажность, температура) вы позна- комитесь в последующих параграфах данной главы, где рассматриваются приспособления организмов к этим факторам. Правообладатель Народная асвета 19 § 4. Лимитирующие факторы среды Повторим главное. Все виды живых организмов по отношению к различным экологическим факторам имеют определенные пределы выносливости. Эти пределы ограничены экологическим минимумом и экологическим максимумом. В пределах выносливости выделяют зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности и пессимума. В за- висимости от пределов выносливости организмы делят на стенобион- тов, имеющих узкие пределы выносливости, и эврибионтов — с ши- рокими пределами выносливости. Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятий «экологический минимум», «экологи- ческий максимум», «экологический оптимум», «пределы выносливости». 2. Укажите раз- личия между стенобионтами и эврибионтами. Подтвердите их примерами. 3. Что такое «экологическая пластичность»? Как она влияет на пределы выносливости организмов? Сложные вопросы. 1. Выберите из предложенных вариантов (25—60 %; 30—75 %; 35—85 %; 60—95 %) пределы выносливости по отношению к влажности, которые дол- жен иметь организм, чтобы чувствовать себя наиболее комфортно при влажности 60 %. 2. У организма пределы выносливости по отношению к температуре составляют 4—30 C. Постройте в произвольном масштабе симметричный график зависимости жизнедеятель- ности организма от температуры, приняв максимальную жизнедеятельность за 100 %. С помощью графика определите экологический оптимум по отношению к температуре. В какое время года будет наблюдаться размножение данного организма в климатиче- ских условиях Беларуси? 3. Фермер решил выращивать капусту на продажу. Какие эко- логические знания о капусте и условиях среды ему понадобятся для получения макси- мального урожая и процветания бизнеса? |