Живые организмы и окружающая среда
Живой организм не существует изолированно: он постоянно получает из окружающей среды вещества и энергию, реагирует на изменения условий и взаимодействует с другими организмами. Чтобы объяснить состояние организма, важно рассматривать сразу три уровня: влияние среды на отдельный организм, связи между организмами в популяции и взаимодействия организмов с экосистемой.
Среда жизни и связи организма со средой
Организм и среда образуют взаимосвязанную систему. Среда предоставляет воду, кислород или углекислый газ, пищу, минеральные вещества и пространство для жизни. В ответ организм изменяет среду: растения выделяют кислород и затеняют почву, животные распространяют семена, а микроорганизмы разлагают остатки организмов.
Основные связи можно разделить на несколько групп.
- Вещественные: организм получает воду, кислород, пищу и минеральные соли, а выделяет продукты обмена.
- Энергетические: энергия поступает главным образом от Солнца, запасается производителями в органических веществах и передаётся по цепям питания.
- Информационные: организм воспринимает свет, звук, запах, температуру и сигналы других организмов.
- Пространственные: организму нужны место для жизни, убежище, территория и условия для размножения.
Среда обитания — совокупность условий, в которых живёт организм и с которыми он взаимодействует. Выделяют водную, наземно-воздушную, почвенную среду и среду, образованную другими организмами.
Условия среды действуют не по отдельности. Например, высокая температура усиливает испарение воды, поэтому переносимость жары зависит не только от температуры, но и от влажности, доступности воды и способности организма охлаждаться. Такие особенности рассматриваются в теме факторы среды.
Экологические факторы и уровни влияния
Экологический фактор — любое свойство среды, которое прямо или косвенно влияет на организм. Факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
| Группа | Примеры | Как влияет |
|---|---|---|
| Абиотические | температура, свет, вода, солёность, ветер, pH почвы | определяют скорость процессов жизнедеятельности и границы выживания |
| Биотические | хищничество, конкуренция, паразитизм, опыление | связывают организмы между собой |
| Антропогенные | загрязнение, вырубка леса, охрана видов, сельское хозяйство | изменяют условия жизни и численность организмов |
Действие экологических факторов проявляется на разных уровнях организации живого. На уровне организма меняются рост, поведение, обмен веществ и размножение. На уровне популяции изменяются численность, плотность, рождаемость и смертность. На уровне сообщества меняются видовой состав и пищевые связи. На уровне экосистемы изменяются круговорот веществ и поток энергии.
Один и тот же фактор может быть полезным, безразличным или вредным в зависимости от его силы и состояния организма. Для каждого фактора существуют минимальное, оптимальное и максимальное значения: за пределами выносливости организм погибает.
Оптимум — наиболее благоприятное значение фактора. Зона нормы включает значения, при которых организм способен нормально жить и размножаться. Зоны угнетения находятся ближе к пределам выносливости: организм ещё жив, но растёт или размножается хуже. Этот общий принцип связан с законом минимума: результат ограничивает тот фактор, которого недостаточно или который чрезмерен сильнее остальных.
Какой пример относится к биотическому фактору?
Взаимодействия организмов
Организмы одного или разных видов вступают во взаимодействия. Конкуренция возникает, когда ресурс ограничен: особи используют одну пищу, воду, территорию или убежища. Хищник получает пользу, а жертва испытывает вред. При паразитизме паразит питается хозяином, обычно не убивая его сразу.
- Мутуализм: оба вида получают пользу; например, цветковое растение и его опылитель.
- Комменсализм: один вид получает пользу, а другой почти не испытывает влияния.
- Конкуренция: оба участника теряют часть возможностей из-за борьбы за ограниченный ресурс.
- Хищничество и паразитизм: один организм получает пользу, другой испытывает вред.
Взаимодействия формируют пищевые цепи. Обычно цепь начинается с производителя, который создаёт органические вещества, затем идут растительноядные животные, хищники и разрушители органики. На каждом следующем трофическом уровне доступно меньше энергии, поэтому длинные цепи встречаются реже.
Экосистема — совокупность живых организмов и неживых компонентов среды, связанных обменом веществ и передачей энергии. В неё входят производители, потребители, разрушители, вода, воздух, почва и другие факторы.
Изменение среды и приспособление
Если условия изменяются, организм может ответить поведением, изменением функций или строения. Например, животное прячется от жары, меняет время активности, запасает жир или отращивает густой покров. Такие признаки называют адаптациями; их типы разобраны на странице типов адаптаций животных.
Адаптация не означает, что организм способен выдержать любые условия. Она эффективна только в определённой среде и имеет пределы. Поэтому разрушение местообитаний, загрязнение или резкое изменение климата могут привести к снижению численности даже хорошо приспособленных видов. Оценивать последствия важно на основе наблюдений и измерений, а вывод формулировать по данным исследования — этот приём описан в теме вывод по результатам исследования.
Разобранный пример: влияние температуры на активность
У насекомого активность при 10 °C равна 2 условным единицам, при 20 °C — 7, при 30 °C — 10, при 40 °C — 3. При какой температуре наблюдается оптимум и что произойдёт при дальнейшем повышении температуры?
Ответ: оптимальная температура — 30 °C. Дальнейшее повышение температуры ухудшает состояние организма; при достижении верхнего предела выносливости жизнедеятельность прекращается.
Не путайте фактор и реакцию на него: температура — фактор, а изменение активности — реакция организма. Не называйте любой полезный признак адаптацией без указания среды и значения признака. Также нельзя делать вывод о всей экосистеме по одному измерению у одного организма.
Сначала определите объект наблюдения: организм, популяцию или экосистему. Затем назовите фактор и его группу, установите направление изменения показателя и только после этого сформулируйте вывод.
Итоговая проверка
Quick-test
Главное
- Организм постоянно связан со средой обменом веществ, энергией, информацией и пространством.
- Экологические факторы бывают абиотическими, биотическими и антропогенными.
- Сила действия фактора определяет зоны угнетения, оптимума и пределы выносливости.
- Влияние нужно рассматривать на уровне организма, популяции, сообщества и экосистемы.
- Пищевые связи передают энергию, а взаимодействия организмов поддерживают структуру экосистемы.