Екологічні фактори

До абіотичних факторів відносяться елементи неживої природи - світло, температура, вологість, інші компоненти клімату, рельєфу, а також склад водного, повітряного і ґрунтового середовища.

Температура - одна з важливих умов росту і розвитку організму. Суми температур в різних місцях неоднакові і це визначає розміщення рослин і тварин по земній кулі: від арктичних до антарктичних пустель на полюсах, до тропічних лісів з їх великим різноманіттям на екваторі.

Температурні межі життя дуже широкі: ріст деяких цианій, які зустрічаються на льодовиках, продовжується до - 34 °С, а окремі види бактерій і цианій живуть і розмножуються в гірських джерелах при температурі біля +80 °С. Однаково для більшості організмів температурні межі лежать в порівняно вузькому діапазоні +15 - 30 °С. У житті рослин і тварин температура відіграє важливу роль тому, що від неї залежить рівень інтенсивності біохімічних і фізіологічних процесів ( метаболізм, фотосинтез), а також за ними поведінка та розмноження. Кожен вид має свій екологічний оптимум, відхилення від якого знижує процеси життєдіяльності.

Розрізняють організми пойкілотермні - не мають сталої температури тіла, а гомойотермні - мають постійну температуру. У пойкілотермних організмів - рослин, безхребетних, риб, амфібій і земноводних - температура тіла визначається температурою навколишнього середовища, від якої залежить процеси життєдіяльності. Наприклад, у рослин температура обумовлює проростання насіння, фотосинтез, дихання, ріст, розвиток, пристосування. Вимоги до тепла різноманітні у організмів. Деякі тропічні рослини (шоколадне дерево, кавове, огірок) чутливі до низьких температур при -2 °С або -5 °С, хвойні ростуть при температурі -50 °С -70 °С. Багато злаків, мокриця, пошкоджені морозами у період вегетації, зимують і весною продовжують нормальний розвиток.

Холодостійкість - це здатність організмів переносити низькі температури, яка обумовлена властивостями цитоплазми (різна у різних видів). Стан зимового спокою підвищує холодостійкість рослин і пойкілотермних тварин. До цього стану організми переходять постійно і на певній для кожного виду стадії розвитку: однолітні квіткові - на стадії насіння; комахи на стадії яйця (непарний шовкопряд), лялечки (капустяна білянка) і дорослої особини (малярійний комар). У зимуючих стадій знижується рівень обміну речовин, послаблення дихання, зменшення обводнення цитоплазми, накопичення запасних речовин і гліцерину. Нетривалий і непостійний стан організму, при якому життєві процеси сповільнені або відсутні всі видимі прояви життя, називається анабіозом.

У спекотну пору року діють фізіологічні механізми, що захищають пойкілотермні організми від перегріву: у рослин - транспірація через продихи, у тварин - випаровування через дихальну систему і шкіряні покриви. Тварин захищає від перегріву пристосувальна поведінка - активність в певний період доби, занурення у нори, вибір місця життя з сприятливим мікрокліматом.

Гомойотермні (теплокровні) тварини - птахи і ссавці - здатні підтримувати постійну температуру тіла практично незалежно від оточуючого середовища. Такі ароморфози, як чотирикамерне серце і одна дуга аорти, покриви пір’я та волосся, високий рівень розвитку вищої нервової діяльності забезпечують цим тваринам збереження активності при різких перепадах температури і можливість жити у різних кліматичних зонах. Регуляція температури тіла забезпечується інтенсивністю дихання і потовиділення. Зимова сплячка ссавців, на відміну від стану спокою у пойкілотермних організмів - це пристосування не тільки до низьких температур, а й відсутності їжі взимку. Линька тварин як адаптація спрямована на підтримку оптимального теплового балансу в різні температурні умови сезону.

Світло. Сонячна радіація обумовлює саме життя на Землі.

Світлолюбні рослини нормально розвиваються тільки при повному освітленні і погано переносять дуже незначне затінення. Вони ростуть в сухих степах і пустелях, де рослинний покрив бідний і рослини не затіняють один одного. У лісовій зоні їх мало, це такі як мати - й - мачуха, молодило. До світлолюбних належать хлібні злаки. Тому густота посіву для них чітко визначена агротехнічними правилами.

Тіньовитривалі рослини краще ростуть на світлі і однаково можуть рости у затінку. До них належать лісові рослини: береза, дуб, ялина, бук. Мінімальне освітлення для модрини одна шоста повного денного світла. Тіньовитривалі не переносять повного освітлення і нормально розвиваються тільки в умовах затінення при розсіяному світлі. Це лісові папороті, мохи, кислиця. В будові рослин чітко виявляється формоутворююча дія світла. В умовах затінення збільшується міжвузлова відстань у пагонів, погано розвивається стовбчаста асимілююча тканина листка, зменшується синтез хлорофілу, не утворюється механічна тканина. Під дією світла утворюється листова мозаїка (плющ, виноград).

Спектральний склад світла є важливим для організмів. Більшість тварин його розрізняють завдячуючи кольоровому зору. Розвиток кольорового зору забезпечило появу пристосувальних забарвлень, розпізнання особин виду та інші адаптації. Для рослин найбільш важлива видима частина спектру (довжина хвиль 0,4 - 0,75 мкм). Вона несе біля 45% променевої енергії, яка досягає поверхні Землі. Хлоропласти особливо активно поглинають червоні (0,6 - 0,5 мкм) і синьо - фіолетові (0,4 - 0,5мкм) промені. Під водою затримується частина червоних променів, тому фотосинтез йде з урахуванням додаткових пігментів (у бурих та червоних водоростей).

Короткохвильова ультрафіолетова радіація Сонця (довжина хвилі менше 0,29 мкм) шкідлива для усього живого. Життя на Землі можливе лише тому, що вона затримується озоновим екраном на висоті 10 - 50 км. До поверхні Землі доходить лише незначна кількість більш довгих (більше 0,3 мкм) ультрафіолетових променів, які мають високу хімічну активність, забезпечують синтез в організмах тварин вітаміну D, утворення пігментів сітківки ока і шкіри. Комахи використовують УФ - промені для орієнтації на місцевості в хмарну погоду.

Інфрачервоні промені несуть біля 45% променевої енергії, яка досягає Землі. Це теплові промені, які підвищують температуру природного середовища і самих організмів.

Великий вплив на ріст, розвиток, регуляцію активності живих організмів має довжина світлового дня продовж року. У тварин вона сприймається рецепторами (зору), збудження яких активізує ферменти, що забезпечує фізіологічні і поведінкові реакції. Реакція організму на довжину світлового періоду, яка виражається у зміні процесів росту і розвитку, називається фотоперіодизмом.

Фотоперіодизм - загальне пристосування, що регулює сезонні зміни у самих різних організмів. У процесі еволюції вони виробили характерні річні цикли з певною послідовністю і довжиною періодів росту, розмноження, підготовки до зими, тобто певний біологічний ритм. Суміщення періодів життєвого циклу з відповідними сезонами року (сезонний ритм) мають пристосувальний характер і велике значення для існування виду. Сезонні ритми життя забезпечують використання рослинами і тваринами більш сприятливих умов для росту і розвитку. Пусковим механізмом сезонного ритму - від весняного пробудження до зимового спокою - є фотоперіодизм. Зміна довжини дня пов’язана з річною температурою і передує їх змінам (довгі весняні дні - теплі, короткі осінні - холодні). Довжина дня - явище стабільне, з астрономічною точністю показує зміну температур і інших екологічних умов.

У рослин фотоперіодизм слугує тим механізмом, який регулює фізіологічні процеси, які призводять до росту і квітуванню рослин весною, листопад та зневоднення клітин восени. У рослин нашої флори збільшення довжини дня веде до утворення квітів - це рослини довгого дня, їх цвітіння наступає при довжині світлового періоду доби 12 годин і більше. До них відносяться культурні рослини: овес, жито, картопля. Рослини тропічного походження переходять до цвітіння, коли день стає коротким (менше 12 годин) - це рослини короткого дня: соя, просо, кукурудза, жоржини, які цвітуть наприкінці літа або восени.

У тварин фотоперіодичні реакції визначають розмноження, линьку, міграції, поведінку, накопичення жиру і період спокою. Наприклад, у птахів збільшення довжини світлового дня стимулює розвиток статевих залоз і гніздування, а своєчасна кладка яєць забезпечує завершення розвитку пташенят до початку осінніх перельотів. До цього часу закінчується линька. У ссавців розвиток підпушку і накопичення жиру в осінній період забезпечує безпечну зимівлю. Вивчення ролі фотоперіодизму дозволяє людині регулювати процеси розвитку рослин і тварин. Ці дані використовуються для вирощування при штучному освітленні овочів, фруктів, квітів протягом року та для підвищення яйценосності курей.

Реакція організмів на довжину дня і ночі доводить, що вони орієнтуються в часі, тобто мають «біологічний годинник». Ці реакції притаманні всім ядерним організмам - одноклітинним і багатоклітинним.

У тварин і людини добова ритмічність проявляється у ході фізіологічних процесів: інтенсивність обміну речовин, частоті дихання, серцебитті і поділу клітин. Денні (жайворонок, корова, кури) і нічні (рукокрилі, сови, миші) тварини і птахи різко відрізняються поведінкою. У людини виявлено більше ста фізіологічних процесів, що пов’язані з біологічними ритмами. Прикладом добової ритмічності у рослин є визначення часу розкривання і закривання квітів: у бавовнику відкриваються рано - вранці, у духмяного тютюну - увечері.

Вологість. Вода необхідна для життя всіх живих організмів. ЇЇ вміст в тілі рослин коливається від 40-50% у стовбурі дерева, до 98% в клітинах водоростей; у тварин - від 35% у пустельної саран до 89% у новонародженої миші. Всі фізіологічні процеси в організмі протікають у воді. Вологість місця існування залежить від кількості опадів, їх розподілу по сезонах року, вологості повітря, запасу вологи ґрунту і ґрунтових вод. Вологість впливає на розміщення рослин і тварин як в широкому географічному масштабі - зональність (зміна лісів степами, степів - пустелями), так і в межах обмеженої території.

Вода порівняно з іншими екологічними факторами найбільше лімітує ріст і розвиток рослин. Неврожаї нерідко пов’язані з посухою, коли на рослини впливає сухість повітря та посилюються суховії і жара. До недостачі вологи рослини особливо чутливі у критичні періоди росту і розвитку. Для хлібних злаків цей період від виходу в трубку і до кінця цвітіння. Умови водозабезпечення впливають на зовнішню і внутрішню будову організму.

Ксерофіти - рослини, які живуть в умовах недостатнього зволоження (степ, напівпустеля, пустеля). Їх фізіологічною здатністю є здатність витримувати обезводнення, що обумовлено хімічними властивостями цитоплазми, яка містить підвищену кількість зв’язаної води. Зовнішня будова ксерофітів відповідає місцю проживання: вузьке жорстке листя з товстою кутикулою, восковим нальотом або сильно опушені, що робить їх тьмяними та сірими. Листки можуть бути і зовсім редуковані, тоді їх функцію виконує стебло (ефедра, саксаул). Така будова знижує випаровування, переносить жару, висушування вітру і сухі ґрунти. У таких напівпустельних рослин, як кактуси і молочаї, характер пристосування інший. Ці соковиті м’ясисті рослини з сильно розвиненою водоносною тканиною називаються сукуленти. Сукуленти дуже економно використовують воду і випаровування у них повільне. Число продих невелике, шкірка з восковим нальотом, листки перетворились на лусочки, а функцію фотосинтезу виконують зелені соковиті стебла.

У пустельних рослин також є пристосування до нестачі вологи. Мілкі тварини - гризуни, плазуни, членистоногі - воду отримують тільки з їжею. У деяких тварин вода утворюється в організмі в процесі реакцій окислення. Особливо багато такої води дає окислення жиру (100 - 110 г води на 100 г жиру). Тому відкладання жиру - горб верблюда, курдюк вівці - є резервуаром для води. Здатність до швидкого і довготривалого бігу, дозволяє довгі міграції до водопою, відрізняє таких пустельних тварин, як антилопи, сайгаки, кулани.

Пристосування до періодичної посухи інше: рослини і тварини переходять у стан фізіологічного спокою - діапаузи. Літня діапауза супроводжується різким зниженням рівня обмінних процесів. У тварин майже припиняється рухова активність і живлення, деякі (пустельні гризуни, черепахи) впадають у сплячку на декілька місяців. Рослини переживають сухий період у вигляді насіння або цибулин (тюльпани) і кореневищ, які завершують вегетацію у короткий весняний період.

Біотичні фактори. Взаємодія між організмами

Під біотичними факторами розуміють взаємовплив організмів. До біотичних факторів відносяться внутрішньовидові і міжвидові зв’язки. Ці зв’язки складні і різноманітні. Розрізняють такі форми: нейтралізм, конкуренція, паразитизм, хижацтво, симбіоз.

Конкуренція - це боротьба між особинами одного виду або популяціями різних видів за життєві ресурси - воду, їжу, світло, житло, за самку. Конкуренція проявляється гостріше, чим більше схожі потреби конкурентів. Наприклад, під ялинами гинуть затінені берези та сосни.

Паразитизм - форма міжвидових взаємовідносин, при яких один з організмів (паразит) використовує іншого (хазяїна) в якості джерела їжі. Паразитизм розповсюджений дуже широко. Достатньо вказати на велику кількість грибкових, бактеріальних і вірусних захворювань рослин і тварин. Паразити можуть жити на тілі хазяїна (воші, кліщі, гриби), у тканинах або порожнині тіла (бактерії, гельмінти), у клітинах (віруси, малярійний плазмодій). Одні комахи можуть паразитувати на інших, викликаючи їх загибель. Комах - паразитів використовують у сільському господарстві для біологічної боротьби з комахами - шкідниками: наїзники - проти шовковичного шовкопряду і черепашок та озимої совки.

Рослини-паразити використовують в якості хазяїв рослини іншого виду: повитиця - паразит льону, конюшини та картоплі. Повитиця не має коренів і листя, її безхлорофільне стебло огортає стебло хазяїна і отримує з нього всі необхідні поживні речовини через присоски.

У паразитів виробляються багаточисельні і різноманітні пристосування до паразитичного способу життя: сумісність циклів розвитку, особливий (колюче-сисний) ротовий апарат комах, присоски, гачечки. Еволюція паразиту і хазяїна призвела до деякої рівноваги між ними: хоча паразити і викликають послаблення і зниження чисельності популяції хазяїв. Але далеко не завжди знищують їх, тому що загибель хазяїна призведе до загибелі і паразита.

Хижацтво - це пряме знищення жертви. Відношення хижак - жертва широко розповсюджені. Хижаки є серед тварин майже всіх класів хордових - акули, крокодили, орли, вовки. Рослиноїдні комахи поїдаються хижаками: осами, жуками, мурахами. Комах сонечко спеціально розводять для боротьби з попелицею. У природі є рослини хижаки: комахоїдна росичка і пузирчатка. Як фактор добору, хижаки знищують у популяції слабких і хворих тварин, що призводить до виживання сильних представників виду. До повного знищення жертви хижацтво не призводить. Наприклад, вовки вбивають 25% популяції оленів, що дорівнює приросту популяції внаслідок розмноження. Знищення хижаків веде до росту чисельності рослиноїдних тварин і гризунів, перенаселеності, масової загибелі від голоду і інфекційних хвороб. Таким чином, антагоністичні взаємовідносини - хижацтво і паразитизм - підтримують чисельність популяцій і жертв на певному рівні. На цих взаємозв’язках засновані методи біологічної боротьби з шкідниками сільськогосподарських культур.

Симбіоз - взаємодія і співіснування різних біологічних видів. Приклади симбіозу у рослин є: лишайники, мікориза, бульбочкові бактерії на коренях бобових рослин. Прикладом симбіозу тварин є: у кишечнику термітів живуть одноклітинні джгутикові, які розщеплюють деревину, якою живляться терміти, симбіоз рака-самітника і актинії. Симбіоз - це форма відносин, за яких спостерігається співіснування організмів різних видів.

Антропогенні фактори

На ранніх стадіях свого розвитку людина була одним з рівних видів (серед рослин і тварин) в екологічних системах. Тому в екологічних системах відбувались такі зміни, ніби там не було людини. Але з того часу людина стала важливим, а потім і домінуючим видом в екологічних системах, регулюючі механізми стали руйнуватись. Причини полягають у впливі людини на біосферу, початок якого припадає на неоліт.

Особливо прогресуючий характер впливу на біосферу відмічається в наш час, коли діяльність людини у біосфері з багатьох напрямків стала глобальною, коли життя стало визначатися використанням і викидами відходів у гігантських розмірах. Вплив людини на біосферу надзвичайно великий і тому В.І. Вернадський вважав, що людина створила нову оболонку Землі - ноосферу.

Серед важливих напрямків діяльності людини у біосфері є: виробництво їжі, енергії промислових матеріалів і хімічний синтез, транспорт і господарська діяльність. Особливе значення має військова діяльність: війна і військові конфлікти, а також використання атомної зброї.

Вплив як низьких, так і високих температур, пожарів, радіації, сильних вітрів буде супроводжуватись розпадом екологічних систем, розмноженням шкідників лісів, полів, садів і городів. Тварини гинуть від голоду, морозів і відсутності води. Наслідком міграції тварин є розповсюдження різних хвороб. Радіоактивні речовини призводять до загибелі живі організми. Особливо чутливі до негативних впливів тропічні ліси, тому що у рослин тропіків і субтропіків немає періоду спокою, який дозволяє рослинам витримувати температуру нижча нуля.

2.3.