Вплив екологічних факторів на живі організми.

Дія екологічних факторів середовища на організм відбувається за двома схемами. Першу з них характеризує принцип “все або нічого”, яке ілюструє явище хижацтва. Наслідком зустрічі хижака та жертви може бути або загибель жертви, чи її втеча і подальше існування. Проміжні стани тут практично виключаються.
Більшість факторів впливає на організм за принципом градієнтів.
Це означає, що певна напруженість діючого фактора зумовлює відповідне йому посилання екологічної реакції організмів. Типовим прикладом дії градієнтів середовища є характерна поясність рослинного покриву в умовах гірських мегасхилів. Цей тип взаємодії організмів та середовища включає більшість факторів (кліматичні, ґрунтові, гідрологічні, орографічні) які входять до складу досліджень аутекології.
Екологічні фактори по – різному впливають на живі організми, зокрема:
1. Усувають окремі види з території, кліматичні, фізико-хімічні особливості яких їм не підходять, і таким чином замінюють їх географічне поширення. Засолення підтоплених земель чи осушення боліт веде до усунення з цих територій багатьох видів аборигенної флори і фауни та появи угруповань галофітів чи ксерофітів.
2. Змінюють плодовитість і смертність окремих видів шляхом впливу на кожен з них, викликаючи міграції та впливаючи на щільність популяції. Наприклад, використання гербіцидів чи мінеральних добрив призводить до хімічного забруднення водоймищ, а це в свою чергу до загибелі жаб та інших видів, які є джерелом харчування лелек. Така ситуація зумовлює міграцію птахів і інші місця і зменшення їхньої щільності, а часто до повного знищення популяції
3. Сприяють появі адаптативних модифікацій: кількісних змін обміну речовині таких якісних змін, як зимова та літня сплячка, фотоперіодизм, діапауза.
Поділ екологічних факторів на абіотичні та біотичні став класичним. До перших належать фактори кліматичні, ґрунтові; до других - хижацтво, конкуренція, паразитизм.
Екологічна толерантність. Поняття про лімітуючий вплив максимуму ввів В. Шелфорд, який сформулював закон толерантності – стійкості живих організмів до дії факторів середовища. Якраз ці фактори визначають екологічні фактори, що визначають екологічні шанси окремих видів на виживання в даному середовищі, типі біотопу чи в конкретній екосистемі. Більшість біологічних видів пристосовані не до визначених величин даного фактору, а до меж його змін у природі, а також його тимчасових коливань.
Ю. Одум наводить ряд положень, які доповнюють закон толерантності:
1. Організми можуть мати широкий діапазон толерантності стосовного одного фактора і вузький стосовно іншого
2. Організми з широким діапазоном толерантності до всіх факторів, як правило вирізняються великою розповсюдженістю в природі.
3. Якщо умови за одним фактором не оптимальні для виду, то можна звузити і діапазон толерантності до інших екологічних факторів.
4. В природі організми дуже часто потрапляють в умови, які не відповідають оптимальному значенню того чи іншого фактору, виявленого в лабораторії і тоді в ролі компенсуючого виступає інший фактор.
5. Період розмноження організмів є надзвичайно критичним. Межі толерантності для особин які розмножуються з насіння, яєць, ембріонів є значно вужчими ніж для дорослих рослин чи тварин.
В основу екологічної характеристики організмів покладено їх реакцію на вплив середовища. Організм здатний вижити лише в діапазоні мінливості даного фактору. Як дуже високі так і дуже низькі значення факторів навколишнього середовища є згубними для організму про рогове значення даного фактору виражене у цифрах, вище або нижче якого організм не може існувати, називають критичною точкою. Між цими критичними точками і розташована зона екологічної толерантності. У межах зони екологічної толерантності напруженість факторів середовища є різною. Поряд з критичними точками розташовані песимальні зони, в яких діяльність організму є обмеженою дією зовнішніх умов.
Далі розташовані зони комфорту, в яких спостерігається чітке зростання екологічних реакцій організму. В центрі знаходиться зона оптимуму, яка є найсприятливішою для функціонування організму.

Основні екологічні закони.

Закон мінімуму Ю. Лібіха. За стаціонарного стану лімітуючою буде та речовина, доступна кількість котрої найбільш близька до необхідного мінімуму. Стійкість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб.
Закон толерантності (закон Шелфорда). Відсутність або неможливість розвитку екосистеми визначається не лише нестачею, але й надлишком будь-якого з факторів (тепло, світло, вода тощо). Фактором, що лімітує процвітання організму, може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму до даного фактора.
Закон конкурентного виключення. Два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці нескінченно довго.
Закон біогенної міграції атомів (закон В.І.Вернадського ). Міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів.
Закон внутрішньої динамічної рівноваги. Речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем перебувають у тісному взаємозв'язку. Зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших за умови збереження загальних якостей системи — речовинно-енергетичних, інформаційних та динамічних.
Закон генетичної різноманітності. Все живе генетично різне й має тенденцію до збільшення біологічної різнорідності.
Закон історичної незворотності. Загальний процес розвитку біосфери та людства однонаправлений.
Закон константності (сформульований В.І.Вернадським). Кількість живої речовини біосфери, утвореної за певний геологічний час, є постійною величиною.
Закон кореляції (сформульований Ж.Кюв'є). В організмі як цілісній системі всі частини відповідають одна одній як за будовою, так і за функціями.
Закон максимізації енергії (сформульований Г. і Ю.Одумами та доповнений М.Реймерсом). У конкуренції з іншими системами зберігається та з них, яка найбільше сприяє надходженню енергії та інформації й використовує максимальну їх кількість найефективніше.
Закон максимуму біогенної енергії (закон Вернадського-Бауера). Будь-яка біологічна та біонедосконала система, що перебуває в стані стійкості нерівноваги (динамічно рухливої рівноваги з довкіллям), збільшує, розвиваючись, свій вплив на середовище.
Закон обмеженості природних ресурсів. Усі природні ресурси в умовах Землі вичерпні.
Закон односпрямованості потоку енергії. Енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їхньою біомасою незворотно передається консументам першого, другого, третього та інших порядків, а потім редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні як наслідок процесів, що супроводжують дихання.
Закон оптимальності. Ніяка система не може звужуватися або розширюватися до нескінченності.
Закон піраміди енергій (сформульований Р.Ліндеманом ). З одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить у середньому не більше 10% енергії.
Закон рівнозначності умов життя. Усі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначні ролі.
Закон розвитку довкілля. Будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища.
Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні. Процес одержання з природних систем корисної продукції, з часом (у історичному аспекті) на її виготовлення в середньому витрачається дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину).
Закон сукупної дії природних факторів (закон Мітчерліха-Тинемана-Бауле). Розмір урожаю залежить від усієї сукупності екологічних факторів одночасно.
Закон ґрунтостомлення (зниження родючості ). Через тривале використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення відбувається поступове зниження природної родючості грунтів.
Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульований В.І. Вернадським ). Уся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу.
Закон екологічної кореляції. В екосистемі жива речовина та абіотичні компоненти функціонально відповідають один одному, випадання однієї частини системи неминуче призводить до вимикання пов'язаних з нею інших частин екосистеми та функціональних змін.
Закони Б. Коммонера. - все пов'язане з усім; - все мусить кудись діватися; - природа знає краще; - ніщо не дається дарма.
Закон емерджентності. Ціле завжди має особливі властивості, відсутні в його частин.
Закон необхідної різноманітності. Система не може складатися з абсолютно ідентичних елементів, але може мати ієрархічну організацію та інтегративні рівні.
Закон незворотності еволюції. Організм (популяція, вид) не може повернутися до попереднього стану, реалізованого його предками.
Закон ускладнення організації. Історичний розвиток живих організмів призводить до ускладнення їх організації шляхом диференціації органів та функцій.
Біогенний закон (Е.Геккель). Онтогенез організму є коротким повторенням філогенезу даного виду, тобто розвиток індивіда скорочено повторює історичний розвиток свого виду.
Закон нерівномірності розвитку частин систем. Система одного виду розвивається не зовсім синхронно — в той час, коли один досягає більш високої стадії розвитку, інші залишаються в менш розвиненому стані.
Закон збереження життя. Життя може існувати тільки в процесі руху через живе тіло потоку речовин, енергії, інформації.

17. Визначення популяції. Основні характеристики популяцій.
Популяція — сукупність організмів, що займають обмежений ареал, мають спільне походження за фенотипом та географічно ізольовані від інших популяцій даного виду. Екологічна структура популяції – це її стан на даний момент (кількість та густота особин, їх розміщення у просторі, співвідношення груп за статтю і віком, морфологічні, поведінкові й інші особливості). Структура популяції являє собою форми адаптації до умов її існування, є своєрідним віддзеркаленням природних сил, які на неї впливають. Нинішня структура тієї чи іншої популяції відбиває водночас як минуле, так і потенційне майбутнє угруповання.
Чисельність популяції – загальна кількість особин на даній території або в даному об'ємі (води, ґрунту, повітря), які належать до однієї популяції. Розрізняють неперіодичні (такі, що рідко спостерігаються) і періодичні (постійні) коливання чисельності популяцій.
Щільність популяцій – середня кількість особин на одиниці площі чи об'єму. Розрізняють середню й екологічну щільності. Середня щільність – це кількість особин (або біомаса) на одиницю всього простору. Екологічна щільність – кількість особин (або біомаса) на одиницю заселеності простору (тобто доступної площі або об'єму, які фактично можуть бути зайняті популяцією). При збільшенні чисельності щільність популяції не росте лише у випадку її розселення, розширення ареалу.
Статева і вікова структура. Співвідношення статей – це відношення кількості самців до кількості самок або кількості самців до загальної кількості самців і самок. Для характеристики статевої структури популяції застосовують ряд показників, зокрема відношення кількості жіночих особин до певної кількості чоловічих особин (у частинах або відсотках). Вікова структура популяції характеризує її здатність до розмноження. Вікові піраміди: а – три типи вікових пірамід, які характеризують популяції з високою, помірною і малою чисельністю молодих особин; б – вікові піраміди лабораторних популяцій Microtus agrestis; в – експоненціальний ріст популяції в нелімітованому середовищі; г – народжуваність дорівнює смертності.
Популяційна динаміка — дослідження змін розміру популяцій, їх склад за віком та іншими ознаками, взаємодії між популяціями, та біологічних і екологічних процесів, що впливають на ці зміни.
Першою працею в галузі популяційної динаміки вважається робота Томаса Мальтуса, в якій було запостульовано закон Мальтуса або закон експоненційного росту розміру популяції. Швидкість (темп) зростання популяції зп оптимальними умовами, тобто зміна її розміру за певний проміжок часу, називається специфічною швидкістю росту.
Крім того, популяційна динаміка досліджує популяційні аспекти старіння та старіння населення.

 

Структура популяцій.

Екологічна структура популяції – це її стан на даний момент (кількість та густота особин, їх розміщення у просторі, співвідношення груп за статтю і віком, морфологічні, поведінкові й інші особливості). Структура популяції являє собою форми адаптації до умов її існування, є своєрідним віддзеркаленням природних сил, які на неї впливають. Нинішня структура тієї чи іншої популяції відбиває водночас як минуле, так і потенційне майбутнє угруповання.
Враховуючи надзвичайно складний характер структури популяцій, виділяють два підходи до її вивчення – описовий, або морфофізіологічний, і функціональний. Перший полягає у визначенні і порівнянні між собою різних локальних популяцій (сосна звичайна поліська, розточанська, лопатинська), а також у виділенні особин за статтю, віком та морфофізіологічними ознаками. Другий підхід охоплює ті елементи функціональної структури, які відіграють визначальну роль у перебігу популяційних процесів, зокрема, таких, як зміна чисельності особин або ж статей. Він спирається на ті пов'язані між собою елементи популяції, які разом з оточуючим середовищем творять механізми регуляції чисельності, прискорюючи або сповільнюючи її.
Перший і другий підходи тісно переплетені. Наприклад, ми відловили представників якогось виду, описали їх загальні властивості (розміри, характер покриву і т.п.), а потім визначили вік і статеву приналежність, тобто використали як перший, так і другий підходи.

 

Динаміка популяцій.

Популяційна динаміка — дослідження змін розміру популяцій, їх склад за віком та іншими ознаками, взаємодії між популяціями, та біологічних і екологічних процесів, що впливають на ці зміни.
Першою працею в галузі популяційної динаміки вважається робота Томаса Мальтуса, в якій було запостульовано закон Мальтуса або закон експоненційного росту розміру популяції. Швидкість (темп) зростання популяції зп оптимальними умовами, тобто зміна її розміру за певний проміжок часу, називається специфічною швидкістю росту.
Крім того, популяційна динаміка досліджує популяційні аспекти старіння та старіння населення.