Екологічні чинники. Середовища існування організмів.Матеріал для учнів 9 класу.

ЕКОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ - це усі компоненти навколишнього середовища, які впливають на живі організми та їх угруповання. Прикладом екологічних чинників є світло, температура, взаємний вплив організмів тощо. Чинники середовища називають екологічними лише в тому випадку, якщо вони для живих систем мають певне значення. Яке ж біологічне значення екологічних впливів? Під дією чинників середовища відбуваються формування пристосувань на різних рівнях організації життя (адаптаційне значення), зміни пристосувань у відповідь на зміни середовища (модифікаційне значення). Дія світла чи звука є джерелом інформації про стан середовища (сигнальне значення), магнітні впливи забезпечують визначення місцеперебування чи напрямків переміщення у просторі (біонавігаційне значення), температурний вплив сприяє або навпаки обмежує поширення тощо. Уся сукупність впливів екологічних чинників є основною причиною генетичного, видового й екосистемного біорізноманіття.

В екології виокремлюють кілька груп екологічних чинників, що класифікують: за походженням (космічні, техногенні), за середовищем виникнення (атмосферні, гідрологічні, едафічні, або ґрунтові), за характером впливу (фізичні, хімічні, біологічні) та ін. Залежно від особливостей змін екологічні чинники поділяють на: періодичні (наприклад, добові зміни температури), неперіодичні (наприклад, виверження вулканів).

Але найпоширенішою є класифікація екологічних чинників за природою впливу: абіотичні (вплив чинників неживої природи), біотичні (вплив чинників живої природи) та антропічні (прямий та опосередкований вплив діяльності людини).

Екологічні чинники
Абіотичні	Біотичні	Антропічні
Кліматичні (вплив світла, температури, вологості) Атмосферні (вплив повітря) Едафічні (вплив ґрунту) Гідрологічні (вплив води) Топографічні (вплив рельєфу)	Симбіотичні (мутуалізм, коменсалізм, паразитизм) Нейтральні Антагоністичні (хижацтво, виїдання, конкуренція)	Техногенні (вплив галузей промисловості) Антропогенні (безпосередній вплив людини)

Отже, різноманітність екологічних чинників пов'язана з різноманітністю умов довкілля, що впливають на існування живого та визначають біологічне різноманіття.

Як екологічні чинники діють на організми?

Незважаючи на різноманітність екологічних чинників, існують

певні загальні закономірності їхнього впливу на організми й угруповання. Якими ж є ці основні закономірності?

• Правило адаптивності: у відповідь на вплив умов середовища у організмів у процесі еволюції формуються пристосування (наприклад, адаптація риб до життя у воді).

• Закон оптимуму: кожен чинник позитивно впливає на життєдіяльність організмів лише у певних межах. Стан організму, популяції чи екосистеми, за якого вони виявляють найвищі показники життєдіяльності, описують поняттям екологічний оптимум, а умови, в яких організми з найменшими енергетичними затратами зберігають властивий їм обмін речовин, називаються оптимальними.

• Правило взаємодії екологічних чинників: за сумісної дії на організм одні чинники можуть посилювати чи послаблювати впливи інших чинників. Так, впливи температури середовища може посилювати підвищена вологість.

• Правило обмежувального чинника: життєдіяльність виду обмежується тим чинником, дія якого є найбільш віддаленою від оптимальної (іл. 155). Обмежувальний (лімітуючий) чинник - це чинник середовища, який найбільше відхиляється від оптимуму дії серед всіх інших факторів і виходить за межі витривалості. Автором цієї закономірності є німецький хімік Ю. Лібіх (1803-1873), який сформулював її як закон мінімуму ще в 1840 р. Найчастіше лімітуючими чинниками є вода, температура, їжа. Так, життєдіяльність струмкової форелі обмежується вмістом кисню у воді, життя північних оленів залежить від глибини снігового покриву.

• Правило екологічної ніші: організми пристосовуються до всієї сукупності чинників, що діють на них, тобто кожний вид має свою екологічну нішу - сукупність всіх чинників середовища, за яких можливе існування виду.

Отже, існування організмів визначається комплексним впливом екологічних чинників.

Як впливає на організм той чи інший екологічний чинник?

На організм одночасно впливають багато різних чинників, і дію кожного із них можна подати у вигляді загальної схеми (іл. 156). Весь діапазон мінливості чинника, в межах якого можлива життєдіяльність організмів, називають зоною екологічної валентності (діапазоном витривалості). Мінімальні й максимальні значення чинника, за якими життєдіяльність особин стає неможливою і вони гинуть, називаються межами витривалості. Розрізняють нижню й верхню межі витривалості. У 1913 р. американський зоолог В. Шелфорд (1877 - 1968) у дослідах з комахами дійшов висновку, що як мінімум, так і максимум екологічного впливу може бути обмежувальним чинником. В екології ця закономірність має назву закону толерантності Шелфорда.

Ті значення чинника, що є найсприятливішими для життєдіяльності організмів і за яких спостерігаються ріст й розмноження організмів, називають оптимальними, а відповідні значення чинника -оптимумом. Ці значення утворюють зону нормальної життєдіяльності. Між зоною оптимуму і межами витривалості розташовані зони пригнічення (зони песимуму, або стресові зони). Організми за цих значень чинника живуть, але не ростуть і не розмножуються.

Екологічна валентність (екологічна толерантність) - здатність організмів успішно протистояти діі зовнішніх чинників у певному інтервалі даного біотопу, або, іншими словами, адаптованість видів до певних умов існування. Кількісно вона охоплює діапазон між нижньою і верхньою межами витривалості. Екологічна валентність різних видів може значно різнитися. Так, північні олені витримують коливання температури повітря від -55 до +30 °С, а тропічні корали гинуть у разі зміни температури на 5 - 6 °С.

За екологічною валентністю організми поділяють на стенобіонтів та еврибіонтів. Стенобіонти (від грец. стенос - вузький та біос - життя) -організми, які можуть жити лише за дуже незначної зміни чинників середовища. Це симбіонти, мешканці морських глибин, печер, лісів високогір’я (наприклад, колібрі, осоїди, коала, форель, риби-вудиль-ники). Еврибіонти (від грец. еврі - широкий та біос - життя) -організми, що можуть жити за значних змін чинників середовища. Це здебільшого мешканці помірних широт (наприклад, пацюки, таргани, свині, бурий ведмідь, ворони).

Отже, для кожного чинника, що діє на організм, існує зона екологічної валентності, зона нормальної життєдіяльності, зони пригнічення і межі витривалості.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Розгляньте ілюстрацію, проаналізуйте запропоновані твердження і вкажіть правильні.

1. Межі витривалості виду позначено точками А і Б.

2. Затемнені ділянки відповідають зонам пригнічення.

3. Між зонами пригнічення розташована зона екологічної валентності.

4. Між межами витривалості А і Б - зона нормальної життєдіяльності

Біологія + Екологія

Пригадайте й проаналізуйте названі приклади взаємовідносин організмів, зіставте їх з ілюстраціями та визначте види біотичних чинників: А - мутуалізм, Б -канібалізм, В - коменсалізм, Г - паразитизм, Д - виїдання, Е - конкуренція; 1 - крокодил-самець поїдає молодого крокодила, 2 - рибка-клоун і актинія, 3 -шишкар живиться насінням ялини, 4 -черепаха й риби-прилипали, 5 - рафлезія і корені ліани в тропічному лісі, 6 - турнір жуків-оленів. Доведіть комплексний вплив екологічних чинників на організм.

СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ - це частина простору, в якому мешкають особини, популяції й угруповання організмів різних видів. Середовище існування утворене певними екологічними чинниками, що чинять прямий або опосередкований вплив на організми. Температура, солоність води, світло, вітер, вологість є екологічними чинниками, що створюють умови існування організмів. А такі чинники, як їжа, вода, гумус, кисень, що їх організми використовують для життєдіяльності, є ресурсами середовища існування.

Найголовнішою закономірністю у взаємодії організмів із середовищем їхнього життя є нерозривний стійкий двобічний зв’язок. Середовище існування є джерелом речовин, енергії та інформації, змінює живе, формує адаптації, сприяє виникненню нових популяцій й видів. Водночас й організми змінюють середовище існування, і роль їх у цьому є надзвичайно великою. Ґрунтоутворення, біофільтрація, азотофіксація, утворення осадових порід, мінералізація решток - це лише незначний перелік тих процесів, які впливають на ресурси та умови середовища існування. Ця закономірність називається законом єдності середовища та організмів. Її автор - видатний український науковець В.І.Вернадський (1863 - 1945).

Основними типами середовищ існування для організмів нашої Землі у природі є наземно-повітряне, водне, ґрунтове та гостальне (організм хазяїна). Організми можуть жити в одному або декількох середовищах. Наприклад, риби пристосовані до водного середовища, амфібії живуть на суходолі, а розмножуються у воді, пінгвіни чи ластоногі живляться у воді, а розмножуються на суходолі. Багато комах і амфібій починають життя в одному середовищі, а продовжують в іншому.

У подібних умовах середовища існування в різних видів виробляються подібні адаптаційні комплекси, що є основою для виділення життєвих форм організмів. У вищих рослин розрізняють такі життєві

форми, як дерева, кущі, трави, а у тварин - наземні, підземні, деревні, повітряні та водяні.

Отже, середовище існування є частиною природи, з умовами й ресурсами якої організми постійно взаємодіють.

Які особливості вирізняють середовища існування?

Наземно-повітряне середовище існування - це абіотичне найрізноманітніше за своїми умовами існування середовище життя організмів. Світло є основним чинником, що зумовлює наявність адаптивних біоритмів: добових (відкривання і закривання квіток, сон у тварин), місяцевих (закопування крабів у пісок перед припливом), сезонних (линяння у птахів, листопад у рослин), річних (масові розмноження сарани). Значення світла для різних організмів пов’язане з ультрафіолетовими, видимими й інфрачервоними променями. Світло є чинником для явищ фотоперіодизму (здатність організмів реагувати на тривалість світлового періоду доби) та біологічного годинника (здатність організмів реагувати на плин часу). Температура є досить часто обмежувальним чинником. Вона впливає на швидкість процесів обміну речовин й визначає механізми терморегуляції. Значення води як екологічного чинника виявляється її участю в процесах випаровування, транспортування речовин, запліднення тощо. У повітрі найбільший вміст 0₂ та С0₂, що важливі для дихання, фотосинтезу, регуляції життєдіяльності. У цьому середовищі найпоширенішими тваринами є аеробіонти (більшість літаючих комах, птахів), наземні (плазуни, ссавці), дендробіонти (соня садова, деревні квакші), а з рослин -голо- та покритонасінні (іл. 157).

Адаптації мешканців забезпечують швидке й активне переміщення (міграції, перельоти), здобування й збереження води, жирів, вуглеводів, захист від перегрівання чи замерзання, інтенсивний фотосинтез тощо.

Водне середовище існування - це рідке абіотичне середовище існування. Умови існування в межах середовища визначаються, в першу чергу, фізичними властивостями води. Це висока теплоємність, низька теплопровідність, розширення перед замерзанням, висока густина, поверхневий натяг, текучість, прозорість, висока розчинність та ін. Тому температурний режим середовища є відносно сталим. Освітленість водойм швидко зменшується з глибиною. Як правило, на глибинах понад 250 м фотосинтезуючі організми існувати не можуть. Через слабку розчинність вміст кисню у воді є незначним. У прісній і особливо морській воді значно більшим є вміст СО₂ (у 150 разів більше, ніж в атмосфері), що позначається на фотосинтезі водоростей і формуванні захисних

вапнякових утворів (раковин, панцирів) безхребетних. Мешканців водойм називають гідробіонтами і серед них виокремлюють такі екологічні групи як нейстон, планктон, нектон і бентос. Найпоширенішими групами водного середовища є водорості, кишковопорожнинні, війчасті черви, ракоподібні, молюски, голкошкірі, риби (іл. 158). Основними адаптаціями гідробіонтів є: у тварин - активний рух, пристосування для збільшення плавучості, зяброве дихання, зовнішнє запліднення, біолюмінесценція, біофільтрація тощо; у рослин -збільшена поверхня тіла, слабкий розвиток провідних й механічних тканин, розвиток міжклітинників та ін.

Ґрунтове середовище існування - це тверде абіотичне середовище існування. Ґрунт як середовище існування характеризується високою щільністю, вода і повітря містяться в порожнинах між часточками ґрунту, склад повітря відрізняється від атмосферного (вміст СО₂ в 10 - 100 разів вищий, а кисню - в декілька разів менший, ніж в атмосфері), відсутність впливу світла, вологість завжди вища, ніж повітря, невелика амплітуда добових і річних коливань температури та ін. Мешканці ґрунтового середовища - едафобіонти (іл. 159).

У верхніх шарах ґрунту живуть ціанобактерії, водорості, гриби, лишайники, кореневі системи рослин. Серед тварин найбільше представництво мають безхребетні (ґрунтові амеби, інфузорії, черви, кліщі, комахи). Основними адаптаціями є мінеральне живлення, зменшені розміри й тонкі покриви тіла, риючі кінцівки, вертикальні міграції, слабка пігментація тіла, гетеротрофне живлення та ін.

Гостальне середовище існування - це біотичне середовище існування, пов’язане з живими організмами. Особливості цієї частини простору визначаються будовою тіла та умовами внутрішнього середовища організмів-хазяїв (рН, температура). Гостальне середовище вирізняють стабільність температурних умов, захисні речовини й тканини, низький вміст кисню, відсутність впливу світла та ін. У такому середовищі немає потреби здобувати і відшукувати їжу, що позначається на будові організмів. Мешканці середовища живуть всередині організмів (ендобіонти) або на поверхні тіла (екзобіонти). Залежно від характеру взаємозвязків між партнерами формуються різні типи симбіозу. Через те мешканцями гостального середовища є мутуалісти, коменсали, паоазити і напівпаразити (іл. 160).

Основними адаптаціями мешканців цього середовища є взаємозалежне живлення, спрощення чи втрата органів, розвинута статева система, значна плодючість, органи прикріплення, складні життєві цикли, анаеробне дихання тощо.

Отже, середовища існування різняться за особливостями дуже різних чинників, але визначальними є особливості впливу світла, температури, води й повітря.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

Порівняйте середовища існування та зробіть висновок про причини подібності та відмінностей між ними.