Взаимодействие организма и среды

Средой обитания организма называют совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно изменяются, и любой организм, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи часто выделяют еще и четвертую среду - сами организмы, заселенные паразитами и симбионтами.

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, оказывающие воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Абиотические факторы делят на физические, химические и эдафические.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление. Таковыми являются температура, влажность, излучение и др.

Химические факторы - это те, которые обусловлены химическим составом среды. Химическими факторами являются соленость воды, содержание кислорода в воздухе или воде и т.д.

Эдафические (почвенные) факторы - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие на организмы, живущие в них, и на корневую систему растений.

Биотическими факторами называют совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В последнем случае имеется в виду способность самих организмов влиять на условия обитания. Так, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытой местностью создается специфический температурный и влажностный режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - более прохладно и влажно.

Организмы образуют сообщества, где им приходится вступать в конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты означают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, обусловленный перенаселением среды. В настоящее время эти эффекты чаще всего называют демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и некоторую площадь в округе. Таковым является поведение многих птиц и рыб.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Ниже приведены возможные типы межвидовых взаимоотношений:

1. нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

2. конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

3. мутуализм - виды не могут существовать друг без друга;

4. протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

5. комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от совместного существования, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);

6. аменсализм - один из видов, аменсал, испытывает со стороны другого угнетение роста и размножения;

7. паразитизм - паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;

8. хищничество - хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенными называются факторы, обусловленные деятельностью человека: загрязнения, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.

Среди абиотических факторов часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические - факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Так, климатические факторы изменяются в течение суток, сезона, по годам и т.д. Факторы, изменение которых во времени регулярно повторяется, называют периодическими. К ним относятся не только климатические факторы, но и некоторые гидрографические (приливы и отливы, некоторые океанические течения). Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана), называют непериодическими.

Адаптацией называют приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов и их органов. Адаптация развивается под воздействием трех основных факторов - изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственного - осуществляемого человеком).

Основные типы адаптации организмов к факторам внешней среды обусловлены наследственно. Они формировались в процессе эволюции биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди этих факторов следует различать первичные и вторичные.

Первичными называют те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы и отливы и др. Адаптация организмов к этим факторам является наиболее древней и совершенной.

Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений и др. Они возникли позже первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызывать болезни или даже смерть организма. Человек использует это в своих интересах, искусственно вводя такие непериодические факторы как химикаты для борьбы с вредителями сельхозкультур, медицинские препараты для уничтожения болезнетворных бактерий, вирусов и т.п. Однако длительное воздействие таких непериодических факторов также может приводить к адаптации к ним: так, насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы адаптируются к антибиотикам и т.д.

Источником адаптации являются мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов, так и в результате искусственного влияния на организм. В процессе эволюции на организмы воздействуют абиотические и биотические факторы в комплексе. Известны как успешные случаи адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и безуспешные, т.е. иногда вместо адаптации вид вымирает.

Примером успешной адаптации является эволюция лошади; противоположным примером - сравнительно недавнее (десятки тысяч лет назад) вымирание мамонтов. Считается, что мамонты исчезли с лица Земли из-за исчезновения растительности, которой питались эти животные, во время последнего оледенения. Однако не исключено, что в исчезновении мамонтов повинен и человек, который употреблял мясо мамонтов в пищу, а шкуры использовал для защиты от холода.

Лимитирующими экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка их по сравнению с оптимальным содержанием. Иногда их называют также и ограничивающими факторами. Так, в рассмотренном случае с вымиранием мамонтов растительная пища выступала в виде лимитирующего фактора - ее исчезновение привело к гибели вида.

Результат воздействия различных экологических факторов неодинаков в случаях совокупного или изолированного их действия. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур. Однако, несмотря на взаимовлияние различных факторов, они все-таки не могут заменить друг друга, что нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов не может быть заменен другим. Так, действие влажности невозможно заменить действием углекислого газа или солнечного света и т.п.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие процветания какого-либо вида определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимости данным организмом. Эти два предела переносимости - верхний и нижний - называют пределами толерантности.

На примере действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5°С до +25°С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для существования которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными, а способных к существованию в широком диапазоне температур - эвритермными.

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы с точки зрения возможности существовать в узком либо в широком диапазоне значений этих факторов называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.