Класифікації екологічних чинників. Чинники залежні й незалежні від щільності популяцій. Класифікація Мончадського. Первинні періодичні, вторинні п. та неперіодичні чинники.

 

По характеру воздействия

Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

Абиотические — факторы неживой природы:

климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

фитогенные — влияние растений

микогенные — влияние грибов

зоогенные — влияние животных

микробиогенные — влияние микроорганизмов

Антропогенные (антропические):

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет)

Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы

Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом

Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Действие экологических факторов на организм

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

Монодоминантность — один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.

Синергизм — взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.

Антагонизм — взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.

Провокационность — сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков.

Влияние факторов также зависит от природы и текущего состояния организма, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие как на разные виды, так и на один организм на разных этапах онтогенеза: низкая влажность губительна для гидрофитов, но безвредна для ксерофитов; низкие температуры без вреда переносятся взрослыми хвойными умеренного пояса, но опасны для молодых растений.

Факторы могут частично замещать друг друга: при ослаблении освещённости интенсивность фотосинтеза не изменится, если увеличить концентрацию углекислого газа в воздухе, что обычно и происходит в теплицах.

Результат воздействия факторов зависит от продолжительности и повторяемости действия их экстремальных значений на протяжении всей жизни организма и его потомков: непродолжительные воздействия могут и не иметь никаких последствий, тогда как продолжительные через механизм естественного отбора ведут к качественным изменениям.

По мнению Мончадского, рациональная классификация экологических факторов должна прежде всего учитывать особенности реакций живых организмов, подвергшихся воздействию этих факторов, в том числе степень совершенства адаптации организмов, которая тем выше, чем древнее данная адаптация. Эта классификация подразделяет все экологические факторы на три группы: первичные периодические, вторичные периодические и непериодические факторы. Рассмотрим их подробнее.
Адаптация в первую очередь возникает к тем факторам среды, которым свойственна периодичность — дневная, лунная, сезонная или годовая как прямое следствие вращения земного шара вокруг своей оси и его движения вокруг Солнца или смены лунных фаз. Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно укрепились в их наследственной основе. Температура, освещенность, приливы и отливы относятся к первичным периодическим факторам. Согласно А. С. Мончадскому, изменения первичных периодических факторов сказываются на регуляции численности особей исключительно через влияние на размеры ареалов видов. В пределах же ареалов их действие, если оно и имеется, не является определяющим. В целом адаптивные реакции организмов на влияние первичных периодических факторов сходны у всех групп животных и не обнаруживают специфики. Так, математические законы, относящиеся к действию температуры на проявления жизнедеятельности, практически одинаковы у таких столь отдаленных групп, как насекомые и позвоночные. У птиц и насекомых выявлены одни и те же основные типы ФПР.
Первичные периодические факторы играют преобладающую роль во многих местообитаниях. Исключение составляют некоторые специфические зоны обитания, такие, как абиссаль или подземные участки, где изменения первичных факторов равны нулю или очень незначительны.
Первичные периодические факторы всегда следует иметь в виду, особенно при экспериментальных экологических исследованиях. Результаты, полученные в опытах с животными, которые помещены в условия с постоянной температурой или освещенностью, могут значительно отличаться от результатов для животных, находящихся в природе, где произошло изменение этих факторов. Существованием резко выраженной адаптации организмов к первичным периодическим факторам можно объяснить неблагоприятность постоянной температуры. В частности, В. Е. Шелфорд показал, что для роста и развития сопротивляемости животных совершенно необходимо колебание температуры.
Изменения вторичных периодических факторов есть следствие изменений первичных периодических факторов. Чем теснее связь вторичного периодического фактора с первичным, тем с большей регулярностью проявляется периодичность первого. Так, влажность воздуха — это вторичный фактор, который находится в прямой зависимости от температуры. В тропиках или областях с муссонным климатом выпадение осадков подчиняется суточной или сезонной периодичности.
Примером вторичного периодического фактора может быть также растительность, служащая пищей, периодичность произрастания которой связана с вегетационным циклом. Сезонные изменения, касающиеся жертв и хозяев, их биологические и физиологические особенности важны для хищников и паразитов; к ним они приспосабливаются. В водной среде содержание кислорода, количество растворенных солей, мутность, наличие горизонтальной и вертикальной циркуляции вод, колебание уровня воды, скорость течения чаще всего являются вторичными периодическими факторами. Однако периодичность этих факторов не строгая ввиду того, что они зависят от первичных периодических факторов довольно слабо. Наконец, биотические внутривидовые влияния также относятся к вторичным периодическим факторам, ибо все взаимодействия между особями осуществляются на фоне годичных циклов.

По сравнению с первичными вторичные периодические факторы не столь древнего происхождения. Организмы приспособились к ним не так давно, и их адаптации не столь четко выражены и одновременно более разнообразны в различных систематических группах. Так, относительная влажность воздуха стала для организмов экологическим фактором, когда они перешли к наземному образу жизни. Поэтому адаптации к изменению относительной влажности развиты у животных менее сильно, чем, например, адаптации к колебанию температуры — первичного периодического фактора; диапазон выносливости к изменению относительной влажности часто не столь широк, как к изменению температуры, в то же время адаптивные реакции к нему разнообразнее. Адаптации к пище также весьма разнообразны.
Как правило, вторичные периодические факторы сказываются на численности видов в пределах их ареалов, но мало влияют на протяженность и конфигурацию последних.
Непериодические факторы в местах обитания организма в нормальных условиях не существуют. Они проявляются внезапно, поэтому организмы обычно не успевают к ним приспособиться. В эту группу входят некоторые климатические факторы, например шквальные ветры, грозы, а также пожары. Сюда же следует отнести все формы человеческой деятельности и действия хищных, паразитических и патогенных видов животных, т.е., согласно общепринятой терминологии, биотические факторы, за исключением взаимодействия между особями одного вида. Влияние хозяина на паразита следует отнести к вторичным периодическим факторам, так как среда, обретаемая паразитом в лице хозяина, представляет собой нормальное его местообитание. Зато для хозяина паразит (или патогенный агент) не является необходимостью: это непериодический фактор, который не вызывает, как правило, никакой адаптации, кроме некоторых сравнительно редких случаев (например, приобретенный иммунитет), когда число паразитов или патогенных организмов велико настолько, что они представляют постоянный элемент данного биоценоза.
В ряде случаев отнесение некоторых факторов к категории непериодических не столь очевидно. Это относится, в частности, к сильным ветрам и пожарам. В некоторых районах, например на океанических островах, сильные ветры, дующие в одном и том же направлении в течение большей части года, настолько обычное явление, что к нему приспосабливаются и животные, и растения. Кроны деревьев приобретают характерную флагообразную форму, а приземистые кустарники подушкообразной формы, гася порывы ветра у самой земли, создают особый микроклимат, в котором комфортно чувствуют себя многочисленные и разнообразные беспозвоночные и позвоночные животные. Очевидно, что только шквальный ветер, внезапно обрушивающийся на спокойную в остальное время территорию, может «претендовать» на роль непериодического фактора.
Еще сложнее обстоит дело с пожарами. На севере Европы хвойные леса регулярно, один раз в 60—100 лет, выгорают вследствие пожаров, вызванных частыми грозами. И в то же время трудно утверждать, что деревья хвойных пород обладают адаптациями по отношению к такому фактору, как пожары. Напротив, они как раз отличаются особой уязвимостью к огню, но именно поэтому, как станет ясно из материалов гл. 13, пожары следует отнести в категорию периодических факторов.
Отсутствие в большинстве случаев адаптивных реакций на непериодические факторы дает теоретическое обоснование при разработке методов борьбы с вредными животными с помощью химических и биологических средств. Только многократная обработка инсектицидами многих поколений насекомых приводит к возникновению устойчивых рас, поскольку при многолетнем использовании инсектициды приобретают значение вторичного периодического фактора. Более века назад швейцарский ученый Мюллер получил за изобретение ДДТ Нобелевскую премию. В то время препарат обладал высокой токсичностью по отношению к вредным насекомым. Однако многократное применение ДДТ привело к появлению устойчивых рас. Положительный эффект ДДТ стал снижаться, а вредное действие, напротив, стало проявляться все заметнее. И сейчас использование ДДТ запрещено законом в большинстве стран.
В ряде случаев устойчивость к воздействию ДДТ возникала чрезвычайно быстро. Так, у известного кровососа постельного клопа (Cimex lectularius) уже после нескольких обработок ядохимикатом появлялись устойчивые расы, полностью нечувствительные к нему. Исследование влияния ДДТ на постельного клопа позволило выявить интересный механизм адаптации, благодаря которому непериодический фактор «перешел» в разряд вторичного периодического.
Для нормального функционирования дыхательной цепи в митохондриях необходимо присутствие нескольких цитохромов. Начальным акцептором электронов от K^Q является цитохром Ь. От него электроны принимаются цитохромом 551 и передаются на цитохром с. Комплекс двух цитохромов (а + аъ) принимает электроны от цитохрома с и реагирует с молекулярным кислородом:

Было установлено, что ДДТ блокирует передачу электронов с цитохромов (а + я3) на молекулярный кислород, вызывая гибель насекомого. Однако уже через несколько поколений функцию переноса электронов от K0Q на молекулярный кислород берет на себя цитохром Ь5. Такая прямая транспортировка электронов осуществляется не в митохондриях, а в других внутриклеточных тельцах — микросомах, в которых только и присутствует цитохром b5. Обычно перенос электронов через цитохром Ь5 имеет второстепенное значение в энергетическом обмене насекомых, но его роль значительно возрастает во время диапаузы яиц и куколок, а также под воздействием такого яда, как ДДТ.
Действие непериодических факторов сказывается преимущественно на численности особей в пределах конкретной территории. Оно не изменяет, как правило, ни протяженности ареалов, ни длительности фаз индивидуального развития.