Экологическая пластичность. Понятие о лимитирующем факторе

Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, и его функциональных характеристик (преобразование им энергии, обмен информацией со средой и с себе подобными), представляет собой экологическую нишу.

Экологическая ниша - это совокупность условий жизни внутри экологической системы, предъявляемых к среде видом или его популяцией. Таким образом, каждый вид в среде, где он обитает, занимает место, которое обусловлено его потребностью в пище, территории, связано с функцией воспроизводства.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их взаимодействия и ответных реакциях живых организмов можно выявить ряд общих закономерностей.

Эффект влияния факторов зависит не только от характера их действия, но и от количественного значения, воспринимаемого организмами. В процессе эволюции выработалась способность организмов приспосабливаться и адаптироваться к экологическим факторам в определённых количественных пределах.

Адаптация (лат. аdaptatio – приспособление) – приспособление и привыкание организмов к определенным условиям функционирования. Различают видовую (генотипическую) адаптацию, происходящую в ряде поколений и связанную с процессом видообразования, и индивидуальную (фенотипическую) адаптацию, или акклимацию, происходящую в пределах индивидуального развития организма и затрагивающую его генотип. В результате адаптации возникают экологические группы организмов, например: «влаголюбы» – гидрофиты и «сухотерпцы» – ксерофиты; растения устойчивые к затенению и требующие для нормального развития полного солнечного света; животные, которые обитают в лесах или на болотах, ведут ночной образ жизни. Адаптацией объясняется различный состав биоты экосистем разных экологических условий.

Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью.

Чес шире диапазон значений экологического фактора, в пределах которого данный организм может жить, тем больше его экологическая пластичность. По степени пластичности выделяют два типа организмов: стенобионтные и эврибионтные.

Стенобионты (гр. stenos – узкий и bios – жизнь) – организмы, нормальное существование которых возможно в узких пределах изменений экологических факторов.

Эврибионты (лат. eurys – широкий и bios – жизнь) – организмы, живущие в различных, порой резко отличающихся друг от друга условиях среды, имеют широкую зону толерантности.

Эврибионты обычно широко распространены. Стенобионты имеют ограниченный ареал распространения.

При всем многообразии экологических факторов и сложностях, возникающих при попытке оценить их совместное (комплексное) воздействие, важно, что составляющие естественный комплекс факторы имеют неодинаковую значимость. Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, впервые была показана в 1840 году немецким ученым агрохимиком - Юстусом Либихом. Он был первым, кто начал изучение влияния разнообразных факторов на рост растений, установив, что урожай культур часто лимитируется не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах, такими, например, как СО₂ и Н₂О (поскольку эти вещества обычно присутствуют в среде в изобилии), а теми, которые требуются в ничтожнейших количествах (например, цинк), но которых и в почве очень мало.

Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим. Образно это положение помогает представить так называемая «бочка Либиха». Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам разной высоты. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможете ровно столько, какова длина самой короткой рейки.

Остается только «подменить» некоторые термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической или экологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указывать на степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.

Вывод Либиха в том, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве, стал называться Либиховский закон минимума. В настоящее время закон минимума Либиха трактуется более широко. Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких, например факторов, как тепло, свет, вода.

Ограничения закона минимума:

- закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния системы;

- организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество или фактор иным функционально близким веществом или фактором.

Экологический фактор играет роль лимитирующего фактора, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень.

Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом, диапазон между этими двумя величинами составляет то, что принято называть пределами толерантности.

Закон толерантности Шелфорда – процветание организмов зависит от экологических факторов, значения которых приближаются как к минимуму, так и к максимуму, диапазон между ними определяет предел толерантности организмов к данному экологическому фактору.

Толерантность - способность организмов переносить отклонения факторов среды от оптимальных для них (устойчивость, выносливость).

Лимитирующий фактор обуславливает ареал распространения вида или (при менее суровых условиях) сказывается на общем уровне обмена веществ. Например, содержание фосфатов в морской воде является лимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивность сообществ.

Любое условие, приближающееся к пределу толерантности или превышающее его, называется лимитирующим условием или лимитирующим фактором.

Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и часто бывают космополитами, например, патогенные микроорганизмы.

Организмы могут иметь широкий диапазон в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно другого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды.

Если условия по одному из экологических факторов становятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантности по другим факторов. Например, при недостатке азота требуется больше воды.

Наблюдаемые в природе реальные пределы толерантности меньше потенциальных возможностей организма адаптироваться к данному фактору. Пределы толерантности к физическим условиям среды могут сужаться биотическими отношениями (конкуренция, отсутствие опылителей, хищники).

Пределы толерантности у размножающихся особей и потомства меньше, чем у взрослых особей, т.е. самки в период размножения и их потомство менее выносливы, чем взрослые организмы. Так, географическое распределение промысловых птиц чаще определяется влиянием климата на яйцо и птенцов, а не на взрослых птиц.

Экстремальные значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам. Если в реку сбрасывается нагретая вода, то рыбы и другие организмы тратят почти всю свою энергию на преодоление стресса. Психологический стресс может вызвать многие соматические заболевания и у человека и у животных.

Организмы способны менять толерантность к отдельным факторам, если условия меняются постепенно (закаливание). Неожиданное, без предупреждающих сигналов, даже небольшое изменение может оказаться критическим – наступает пороговый эффект.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите абиотические факторы наземной среды.

2. Назовите примеры неантагонистических взаимоотношений между видами.

3. Назовите примеры неантагонистических взаимоотношений между видами.

4. Назовите вид биотического взаимодействия при котором ни одна популяция не влияет на другую.

5. Назовите абиотические факторы водной среды.

6. Что такое экологическая платичность?

7. Какие организмы называются стенобионтные и эврибионтные?

8. Как называется фактор, ограничивающий жизнедеятельность организма?

9. Назовите причины, по которым может быть сужен диапазон толерантности?