Организм и среда

Экология – это наука о взаимосвязях организмов между собой, а также между организмами и окружающей средой.

Методы экологии
В экологии используют следующие методы: эксперимент, наблюдение, моделирование (создание искусственных биологических систем) с применением математической обработки данных. Моделирование в экологии позволяет предсказать динамику численности различных видов (в т.ч. вредителей), протекание различных процессов в сообществе и т.п. С помощью этого метода можно воспроизвести такие крайние положения, которые не могут быть воссозданы на самом объекте (например, последствия ядерной войны).

Экологические факторы – это компоненты живой и неживой природы, влияющие на организм, популяцию или сообщество. Различают 3 группы факторов:
Абиотические – факторы неживой природы. К ним относятся свет, температура, количество осадков и т.д.
Биотические – факторы живой природы. Это все типы взаимоотношений организмов друг с другом: хищничество, паразитизм, конкуренция, симбиоз и т.п.
Антропогенные – влияние человека. В последнее время наблюдается все возрастающее влияние деятельности человека, оказывающего прямое и непрямое воздействие на живую природу (вырубка леса, пожары, прокладка трасс, строительство плотин и т. д.).

Действие экологических факторов
Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живой организм. Этот закон отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов.
Зона оптимума – это условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности особей данного вида. В зоне угнетения условия позволяют выживать особям, но меньше подходят для нормальной жизнедеятельности. Верхние и нижние границы выносливости (критические точки) – это такие значения фактора, которые особи этого вида не выдерживают; за их значениями наступает смерть. Условия, близкие к этим точкам, называют экстремальными. Расстояние между верхними и нижними границами выносливости называют толерантностью вида или диапазоном его устойчивости.

Закон ограничивающего фактора (закон Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимального значения для данного организма. Именно от него зависит выживание особей в данный конкретный момент времени. Необходимо отметить, что этот закон не действует в случае взаимозаменяемых ресурсов: увеличение количества одного может компенсировать нехватку другого.
Пример: в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые растениям, кроме фосфора. Рост растений и урожай будут зависеть именно от фосфора. Если мы будем вносить в почву любые вещества, кроме фосфора, никакого эффекта мы не добьемся. Т.о., это правило имеет очень важное практическое значение для сельского хозяйства.

Основные среды жизни
Водная – образована всеми водоемами Земли. Жизнь в ней определяется ее особенностями: высокой плотностью, хорошей теплопроводностью, небольшими температурными колебаниями, небольшим количеством кислорода, низкой освещенностью (ниже 200 м вечная темнота), высоким давлением (на каждые 10м вглубь давление увеличивается на одну атмосферу), солевым составом.
В водной среде выделяют несколько групп организмов: планктон, нектон и бентос. Планктонные организмы обитают обычно около поверхности (большая часть – на глубине от 0 до 50 м), организм как бы парит в воде и не способен противостоять течению. Планктон состоит из фитопланктона (это автотрофы, в основном представленные одноклеточными водорослями) и зоопланктона (это гетеротрофы, например, криль). Планктон является основой всех пищевых цепей океана. Нектон – это активно двигающиеся организмы в толще воды, способные противостоять течению и перемещаться на большие расстояния (рыбы, морские млекопитающие и т.п.). Бентос – это организмы, обитающие на дне водоемов (черви, кораллы, моллюски и губки).

Наземно-воздушная – образована поверхностью почвы и нижним слоем атмосферы. Ее особенности: низкая плотность (поэтому постоянная жизнь в воздухе невозможна), плохая теплопроводность, большие температурные колебания (летом +30, зимой -30; в пустыне: днем +50, ночью +10-15), много кислорода (21%), практически равномерное освещение (искл.: под пологом густого леса), относительно стабильное давление, нехватка воды, скорость и сила ветра.

Почвенная – образована почвой. Почва – тонкий поверхностный слой суши, возникший в результате деятельности живых организмов. Ее особенности: трехфазность (твердые частицы пронизаны порами, заполненными водой или воздухом), отсутствие света и резких температурных колебаний (кроме поверхности), относительно высокая плотность и давление, постоянное поступление органических веществ (в основном за счет отмирающих корней и опавших листьев растений). Эта самая насыщенная живыми организмами среда.
В процессе жизнедеятельности микроорганизмов происходит разложение органических остатков, что приводит к изменению состава почвенного раствора и воздуха, а также к образованию гумуса. Гумус (перегной) — это органическая, обычно темноокрашенная, часть почвы, образующаяся в результате биохимического превращения растительных и животных остатков. В его состав входят гуминовые кислоты, наиболее важные для плодородия почв. В гумусе содержатся основные элементы питания растений, которые под воздействием микроорганизмов становятся доступными для растений.

Живые организмы как среда обитания – на каждом живом существе обитают другие организмы: симбионты, комменсалы (нахлебники) и паразиты. Особенности: практически неограниченный запас пищи, хорошая защита от внешних воздействий (кроме эктопаразитов), постоянные условия среды, необходимость защищаться от иммунных клеток и веществ хозяина.

Основные пути приспособления организмов к среде
Большинство организмов обитает в постоянно меняющихся условиях среды, к которым они вынуждены приспосабливаться. Выделяют три основных направления:

  1. Пассивные приспособления – организм переходит в состояние покоя и «подчиняется» внешним воздействиям. Среди таких приспособлений выделяют анабиоз и скрытую жизнь (криптобиоз). При анабиозе у организма практически полностью останавливается обмен веществ. Анабиоз относительно редко встречается в природе и характерен не для всех групп организмов: например, он отмечен у бактерий, водорослей, нематод, коловраток, но не встречается у позвоночных животных. Скрытая жизнь – это обычное явление в природе, возникающее для пережидания неблагоприятных условий (зимний покой растений, спячка млекопитающих, оцепенение насекомых). В состоянии криптобиоза обменные процессы очень сильно замедляются.
  2. Активные приспособления – организм как бы сопротивляется воздействию среды. Наиболее ярко такие приспособления выражены у теплокровных животных – птиц и млекопитающих.
  3. Избегание, когда организм «уходит» от воздействия неблагоприятных факторов. В качестве примера можно привести миграции копытных в африканской саванне, сезонные перелеты птиц и т.п.

Биологические ритмы организмов
Ритмы жизни возникают из-за периодических изменений условий окружающей среды. Выделяют следующие группы ритмов:
1. Суточные – приспосабливают организм к смене дня и ночи. Простейший пример суточного ритма – сон и бодрствование. По активности выделяют дневных, сумеречных и ночных животных. Суточные ритмы есть не у всех организмов: обитатели пещер, глубоководные организмы их не имеют, т.к. в данных условиях смены дня и ночи не происходит.
2. Сезонные (годовые) – приспосабливают организм к смене сезонов года (линька, брачный период и т.д.). Главный экологический фактор, на который реагируют организмы в своих годовых циклах, это изменение длины дня. Реакция организмов на изменение длины дня называется фотопериодизмом. Пример: растения умеренного пояса – если день сокращается, организм готовится к зиме; если удлиняется – к активному росту и размножению.
3. Приливно-отливные – возникают у организмов, обитающих в прибрежных районах морей и океанов (у моллюсков, ракообразных и т.д.).