ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Оптимальные условия существования видов и основные законы экологии.

4.3.1. Концепция лимитирующих факторов. Закон минимума Либиха.Взаимоотношения организмов и популяций со средой обитания являются очень сложными. Возможность и успех выживания организмов и популяций зависят:

· от состояния лимитирующих факторов;

· от диапазона толерантности;

· от компенсации факторов.

Не все экологические факторы: свет, температура, влажность, наличие солей, обеспеченность биогенными элементами и т. д. - одинаково важны для успешного выживания организма. Те факторы, которые являются критическими или лимитирующими для жизнедеятельности организма, вызывают наибольший интерес прежде всего с практической точки зрения.

Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном среди всех его потребностей, впервые была высказана К. Либихом в 1840 г. Он сформулировал принцип, который известен как закон минимума Либиха: "Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени".

Выводы К. Либиха касались роли питания в жизни растений. Они сводились к тому, что рост растений и их урожайность лимитируется не теми элементами питания, которые необходимы и потребляются в больших количествах, а теми, которые используются в микроколичествах, но которых в почве очень мало.

Современная формулировка закона Ю.Либиха:

Жизненные возможности экосистемы лимитируются теми из экологических факторов среды, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или разрушению экосистемы.

4.3.2. Закон толерантности Шелфорда.Наравне с влиянием недостатка, "минимума" экологических факторов, негативным может быть и влияние их избытка, т.е. максимума тепла, света, влаги. Представления о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд в 1913 г, сформулировавший этот принцип как "закон толерантности" (Shelford V. Е. Animal communities in Temperate America. Chicago Univ. Press, 1913):

Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма по отношению к данному фактору.

После работ В. Шелфорда было проведено значительное число исследований по "экологии толерантности", что помогло ученым и практикам понять ряд закономерностей распределения организмов в природе.

Диапазон между минимумом и максимумом экологических факторов принято называть диапазоном толерантности. Многомерное пространство факторов с определением диапазона толерантности по каждому из них называют экологической нишей.

Закон толерантности, сформулированный В. Шелфордом, был дополнен рядом положений:

- организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого;

- наиболее широко распространены организмы с большим диапазоном толерантности;

- диапазон толерантности для одного экологического фактора может зависеть от других экологических факторов;

- если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то это сказывается и на диапазоне толерантности для других экологических факторов;

- пределы толерантности существенно зависят от состояния организма; (так, пределы толерантности для организмов в период размножения или на стадии личинки обычно уже, чем для взрослых особей);

- в природных популяциях существенное влияние на диапазон толерантности могут оказывать межпопуляционные отношения (конкуренция, хищничество, паразиты и т. п.).

 
 

Диапазон толерантности определяет оптимальные условия существования видов. Для каждого вида существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости в отношении каждого фактора окружающей среды (рис. 4.2).

На уровне сообществ и даже видов известно явление компенсации факторов, под которым понимают способность приспосабливаться (адаптироваться) к условиям среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции - экотипы. Понятие адаптации будет рассмотрено ниже.

4.3.3. Устойчивость живых систем.Живые организмы, образующие популяции различных биологических сообществ и экосистем, в определенной степени способны противостоять внешним изменениям, стрессам и воздействиям или восстанавливаться до первоначального состояния, если эти внешние воздействия не слишком сильные. Другими словами, организмы имеют некоторую степень устойчивости.

Необходимо различать три вида устойчивости живых систем:

· инертность или выносливость (живучесть) – это способность живых систем сопротивляться различным нарушениям или изменениям.

· постоянство – это способность живых систем, например, популяций, сохранять свои размеры.

· упругость – способность живых систем самовосстанавливаться после действия внешних нарушений, если они не были катастрофическими.

Последствия экологических стрессов.

1. На уровне организмов:

- физиологические и биохимические изменения (пульс, температура);

- психологические нарушения (нарушение сна);

- поведенческие нарушения (неадекватное поведение, невроз);

- сокращение или отсутствие воспроизводства;

- мутации;

- врожденные уродства;

- заболевания;

- смерть.

2. На уровне популяций:

- понижение или повышение численности популяции;

- изменения в возрастной структуре (старые или молодые особи гибнут);

- естественный отбор наследственных черт, способствующих выживанию в условиях экологического стресса;

- потеря генетического разнообразия и приспособляемости;

- вымирание.

3. На уровне сообществ, экосистем и экосферы:

- нарушение энергетического потока (изменение теплоотдачи, изменение в трофических цепях);

- нарушение химических циклов (понижение запасов питательных веществ, чрезмерное поступление питательных веществ);

- сокращение видового разнообразия;

- сокращение или исчезновение экологической ниши;

- возможное понижение устойчивости экосистемы;

- возможная гибель экосистемы.

4.3.4. Экологические законы, характеризующие функционирование экосистем.Исторически первыми законами экологии были законы лимитирующих факторов. Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы.

Основные (некоторые) законы развития и функционирования экосистем:

· Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Основные следствия этого закона:

а) абсолютно безотходное производство невозможно, подобно созданию "вечного двигателя". Оптимальны цикличные производства (отходы одних процессов служат сырьем для других), нейтрализация неустраняемых энергетических и других отходов, разумное депонирование (захоронение) неминуемых остатков;

б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни - она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействия, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.

· Вещество, энергия, информация и качество отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих факторов вызывает функциональные, структурные, качественные и количественные изменения всех систем и их иерархии.

· Принцип Ле-Шателье - Брауна: При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в сторону процесса, ослабляющего внешний эффект.

· Принцип экономии энергии (Л. Онзагера): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.

· Принцип сохранения упорядоченности (И. Пригожина): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается постоянная величина, всегда большая нуля.

· Правило Шредингера (о "питании" организма отрицательной энтропией): упорядоченность организма выше, чем у окружающей среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает.

· Закон максимализации биогенной энергии (энтропии) В.И.Вернадского - Э.С.Бауэра: Любая биологическая система, находясь в равновесии с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы.

· Закон максимализации энергии экосистем: среди конкурирующих экосистем, возможных в данной среде, побеждает та, что наиболее эффективно использует энергию и информацию.

· Закон оптимальности: состав и размер частей экосистем не могут быть произвольными, а должны обеспечивать оптимальное функционирование всей системы в данных условиях среды.

· Закон необходимого разнообразия: ни одну эффективную и устойчивую экосистему невозможно построить из тождественны элементов.

· Экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первоначальное состояние.

· Слабые воздействия могут и не вызывать ответных реакций природной системы, но, накопившись, они приведут к развитию бурного, непредсказуемого динамического процесса (Х.Боумен). "Жесткое", как правило, техническое, управление природными процессами чревато цепными реакциями, значительная часть которых оказывается экологически, социально и экономически неприемлемыми.

· Сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает окружающую среду устойчивости, которая не может быть восстановлена путем создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству (В.Г.Горшков). В ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции).

Некоторые законы экологии сформулированы Б. Коммонером в виде афоризмов:

· все связано со всем (принципы взаимосвязи);

· мы не можем делать что-то одно (принцип сопутствующих последствий);

· все куда-либо движется (любое химическое вещество рано или поздно попадает в окр. среду);

· всему есть предел (ресурсы и системы жизнеобеспечения Земли не бесконечны, никакая популяция не может расти бесконечно);

· природа знает лучше (принцип сложности: природа не только более сложна, чем мы о ней думаем, она гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить).

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти