Адаптация, жизненные формы и экологические ниши организмов

Динамичность экологических факторов во времени-пространстве определяется астрономическими, геологическими и гелиоклиматическими условиями. Поэтому абиотические факторы среды выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам. В результате у организмов в процессе эволюции и естественного отбора вырабатываются наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие устойчивость к воздействию абиотических факторов среды и успех в конкуренции с другими видами, называемые адаптациями. Адаптация как процесс и результат приспособления организмов к условиям окружающей среды является фундаментальным свойством живой природы.

Адаптации можно разделить на морфологические, физиологические и этологические (поведенческие).

Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма. Например, видоизменение листа у растений пустынь.

Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма. Например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира; наличие в пищеварительном тракте животных набора ферментов, определяемого составом пищи.

Этологические адаптации – изменения в поведении. Например, сезонные миграции млекопитающих и птиц; впадение некоторых животных в спячку в зимний период.

Среди приспособлений организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с окружающей средой. В результате наблюдается конвергенция (сближение) морфологических (внешних) признаков у разных видов, и они могут быть внешне похожими, если ведут сходный образ жизни в сходных условиях среды. Так, например, конвергентное сходство имеют прыгающие животные разных континентов, роющие млекопитающие, бегающие хищники и т.д. Морфологический (морфофизиологический) тип приспособления животного или растения либо вида к определенным условиям среды и определенному образу жизни называют жизненной формой организма (вида). Существует много классификаций организмов по жизненным формам. Так, например, среди обитателей водной среды (гидробионтов) выделяют следующие жизненные формы [17]:

• бентос – донные организмы, ведущие прикрепленный или свободный образ жизни (водоросли, цветковые растения, черви, моллюски);

• перифитон – животные и растения, прикрепленные к стеблям высших растений и поднимающиеся над дном (черви, моллюски, личинки многих животных);

• планктон (фито- и зоопланктон) – плавающие организмы, способные совершать вертикальные и горизонтальные перемещения преимущественно в соответствии с движением водных масс (микроскопические водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб);

• нектон – свободно плавающие организмы (рыбы, ракообразные, крупные водные насекомые);

• нейстон – организмы, обитающие у поверхности воды (личинки комаров, водомерки).

Любой вид адаптирован к строго определенным факторам окружающей среды. Требования организма к составу и режимам экологических факторов определяют границы распространения того вида, к которому этот организм принадлежит, т.е. ареал, а в пределах ареала – конкретные места обитания.

Местообитание – пространственно ограниченная совокупность условий среды (абиотической и биотической), обеспечивающая весь цикл развития особей одного вида. Другими словами, это место, где живет организм, его «адрес». Например, лес, луг, болото или даже внутренняя среда другого организма.

Для совокупной характеристики физического пространства, занимаемого организмами вида, и их функциональной роли в биотической среде обитания (сообществе), включая способ питания, образ жизни и взаимоотношения с другими видами, введен термин «экологическая ниша». Таким образом, экологическая ниша – это совокупность всех жизненных условий, необходимых для существования вида, и его функциональная роль в сообществе. Знание экологической ниши позволяет ответить на вопросы: как, где и чем питается вид, чьей добычей он является, каким образом и где он отдыхает и размножается. Экологическая ниша – это как бы «профессия» организма. Каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т. е. сколько на Земле видов живых организмов, столько и экологических ниш. Это сводит к минимуму конкуренцию между видами в сообществе, так как они адаптированы к питанию разным кормом в разное время суток и в разных местах. К примеру, птички зарянки, поедающие земляных червей, не конкурируют с дятлами и зерноядными воробьями; мухоловки и летучие мыши ловят насекомых, но первые – днем, а вторые – ночью; жираф объедает листья с верхушек деревьев, поэтому не конкурирует с другими травоядными. Такая специализация организмов позволяет наиболее полно использовать все пригодное для жизни пространство и источники пищи. Экологические ниши совместно живущих видов могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, так как вступает в действие принцип конкурентного исключения и один вид вытесняет другой из данного сообщества. Интродуцированные (завезенные, переселенные) виды могут вызвать вымирание местных видов в результате успешной конкуренции за их ниши.

Человек имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, выработанную в процессе эволюции. Как биологический вид человек может обитать только в пределах весьма ограниченного пространства – суши экваториального пояса (тропики, субтропики), где и возникло семейство гоминид. Благодаря своим социальным свойствам человек расширил границы своего начального ареала и расселился в высоких, средних и низких широтах, освоил глубины океана и космос. Однако его фундаментальная экологическая ниша при этом практически не изменилась, и за пределами исходного ареала он может выживать, преодолевая лимитирующие факторы среды не путем адаптаций, а с помощью специально создаваемых защитных устройств и приспособлений (отапливаемые жилища, теплая одежда, кислородные приборы и т.п.), которые имитируют его нишу, подобно тому, как это делается для экзотических растений и животных в зоопарках и ботанических садах. Тем не менее, полностью воспроизвести все факторы, необходимые человеку с точки зрения закона толерантности, не всегда удается. Например, в космическом полете невозможно воспроизвести такой важнейший фактор, как гравитация.

В условиях промышленных предприятий многие факторы (шум, вибрация, температура, электромагнитные поля, концентрация химических веществ в воздухе и др.) находятся периодически или постоянно за пределами толерантности человеческого организма, что приводит к возникновению профессиональных заболеваний. Поэтому существует специальная система технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности трудовой деятельности путем снижения уровня воздействия на организм опасных и вредных экологических факторов.

Поступающие в окружающую природную среду и в пищу химические соединения являются экологическими факторами, а следовательно, элементами экологической ниши. По отношению к ним устойчивость человеческого организма мала, и такие вещества оказываются лимитирующими факторами, разрушающими нишу.

Таким образом, все законы экологии справедливы для человека в той же мере, что и для других живых организмов.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Назовите основные среды обитания организмов. Какая из них самаядинамичная во времени, а какая имеет наибольшее постоянство? Почему?

2. Что такое экологические факторы среды? Какие экологические факторыособенно важны в водной и какие – в наземно-воздушной среде обитания?

3. Назовите и охарактеризуйте разные типы непищевых взаимоотношений между организмами.

4. Назовите абиотические факторы среды. На примере любого из нихдайте определения зоны оптимума, зоны пессимума и зоны толерантности. Различаются ли они у разных видов?

5. Что такое лимитирующий фактор? Какие наблюдения привели кформулировке закона лимитирующих факторов? Сформулируйте этот закон и объясните практическое значение его для человека.

6. Назовите типы адаптаций и охарактеризуйте особую рольморфологической адаптации.

7. Дайте определения местообитания и экологической ниши. Пояснитеразницу между ними. Охарактеризуйте экологическую нишу человека.