Закономерности взаимодействия организма с окружающей средой. Взаимодействие организма и среды. Санитарно-гигиенические функции зеленых насаждений

Звучит банально, но самая главная и важная закономерность в системе "среда-организм" - это неразрывная связь и взаимное влияние среды и организма. Как организм испытывает воздействие среды (действие комплекса экологических факторов), так и среда претерпевает изменения в результате воздействия живых организмов. Мы уже обсуждали, что облик Земли был бы совсем иным, если бы на планете не было жизни (в атмосфере не было бы кислорода, не было бы такого явления как почва и так далее). Подробнее эти вопросы мы будем рассматривать на уроках по глобальной (биосферной) экологии.

Указанная выше основная закономерность системы "среда-организм" была сформулирована еще В. И. Вернадским и получила название закона единства организма и среды его обитания:

Жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов. А.А. Горелов. «Структура и функции экосистем». Экология. 1998г с - 117.

Не смотря на некоторую сложность языка Вернадского, смысл этой закономерности очевиден: в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов (в глобальном масштабе - в биосфере) происходит постоянный обмен веществом и информацией, что и делает возможным существование жизни.

Из этого следует простой эволюционно-экологический принцип: вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Мы неоднократно говорили о проявлении этой закономерности, когда указывали на комплекс специфических адаптаций к тем или иным условиям среды (см. два предыдущих урока).

Воздействие вида на среду является важной экологической закономерностью. Вернадский отмечал, что такое воздействие эволюционно возрастает. Эта закономерность была сформулирована в виде закона максимума биогенной энергии (энтропии) Вернадского-Бауэра:

Любая биологическая система, находясь в подвижном равновесии с окружающей ее природной средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Давление на среду растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами: надсистемами или другими конкурентными системами.

В действии экологических факторов на организм мы отмечали как главную закономерность возможность выделения оптимальных и пессимальных (критических) доз действия фактора. Однако к такому понятию как "оптимум фактора" нельзя подходить с механистических позиций, в природе все намного сложнее. Это нашло выражение в законе неоднозначности действия фактора на организм: любой экологический фактор неодинаково влияет на функции организма; оптимум фактора для одних физиологических процессов может отличаться от такового для других процессов. Так, любой специалист по физиологии растений скажет, что температурный оптимум для фотосинтеза и дыхания во многих случаях различен.

То, что мы говорили на предыдущих урока о взаимодействии экологических факторов, необходимо дополнить представлением об относительной компенсации (взаимозаменяемости) факторов. Недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другим фактором. Например, некоторый недостаток света может быть компенсирован для растений обилием углекислого газа. Однако такая компенсация возможна лишь в определенных пределах. Сколько бы углекислого газа ни было, но в полной темноте фотосинтез все равно не пойдет.

Существование лимитирующих факторов, описанное Либихом, нашло свое отражение в законе ограничивающих факторов Блэкмана и законе толерантности Шелфорда. Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других отдельных факторов. Главное отличие законов Блэкмана и Шелфорда от Либиховских правил состоит в том, что этими учеными было показано: не только недостаток (минимум) фактора, но и его избыток (максимум) могут затруднять (ограничивать) развитие организма.

И в заключении хочется указать на еще одну закономерность действия экологических факторов на организм, имеющую важное прикладное значение. Как мы отмечали в одном из предыдущих уроков, теоретическим основанием для расчета ПДК является представление о лимитирующих факторах. Важной проблемой является не только необходимость учета взаимодействия факторов, их синергетического (взаимно усиливающего) действия. Необходимо определиться с понятием порога вредного действия, то есть начиная с каких доз фактора можно говорить о его вредном воздействии на здоровье.

В этой связи необходимо иметь в виду следующие закономерности. Правило фазовых реакций ("польза-вред") гласит, что малые концентрации токсиканта действуют на организм в направлении усиления его функций (стимулирования). Это дало основание для утверждений о полезности некоторых факторов в малых дозах (например, радиации). Однако это довольно спорное утверждение. Так, Николай Федорович Реймерс указывает, что вывод биологических систем из состояния равновесия с помощью слабых доз токсикантов не может идти им на пользу. Например, этологи знают, что увеличение плодовитости может быть сигналом биологического неблагополучия. У физиологов есть понятие о "цене адаптации"; если рассматривать стимулирование функций организма малыми дозами токсикантов как адаптацию к токсическому воздействию, то необходимо учитывать и цену такой адаптации: изнашивание адаптационных механизмов, ускорение старения и так далее Горелов А.А. «Природопользование», М. 1999 г. С- 76.

В то же время правило фазовых реакций находит свое применение в медицине, собственно, на стимулирующем действии различных веществ и агентов основаны многие медикаментозные методы лечения. Поэтому закон фазовых реакций следует учитывать и применять для лечения, когда иного более оптимального выхода нет.

Необходимо также иметь в виду, что правило фазовых реакций справедливо для многих, но не для всех ядовитых веществ. Например, в действии цианида, блокирующего дыхательные цепи и приводящего к практически мгновенной смерти, вряд ли такие фазы можно выделить. Особенно спорно благоприятное действие малых доз радиации, а соответственно, и вытекающие из его признания/непризнания пороговая и беспороговая концепции. Радиобиологи до сих пор бьются на смерть, отстаивая ту или иную концепцию.

Так, одни ученые утверждают о благоприятности воздействия малых доз радиации на те или иные функции (например, наблюдалось увеличение плодовитости мышей при облучении 0,1-1,5 Гр). Соответственно, эти ученые являются сторонниками пороговой концепции: можно выявить порог вредного действия радиации. Другие ученые занимают противоположную точку зрения и указывают на то, что любое, даже незначительное, дполнительное к фону облучение приводит к дополнительным мутациям и канцерогенезам. Из этого ими выводится беспороговая концепция: нельзя установить какой-то порог и любое дополнительное (к фону) облучение следует признавать вредным. Определенную сложность представляет и тот факт, что люди генетически разнокачественны, и те дозы, которые для подавляющего большинства могут оказаться допороговыми, для отдельных индивидуумов могут вызвать различные эффекты Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. С - 76.

Реймерс пишет, что споры сторонников концепции пороговости и беспороговости бессмысленны, так как все зависит от начальных условий и индивидуальных реакций. Успокоительная статистика для пораженного болезнью и его близких мало утешительна. С этим трудно не согласиться, хотя трудно и отрицать наличие определенного (в том числе, политического) смысла в споре пороговой и беспороговой концепций. Подробнее мы поговорим об этой сложной социальной и биологической проблеме в одной из спецвыпусков по социальной экологии.

Описание.

1. Организм и среда обитания
2. Здоровье человека и экологическая безопасность
3. Качество продуктов питания
4. Экологические аспекты демографической ситуации в России
5. Человек и космос
Выводы и итоги
Список литературы

Выдержка из работы.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Санкт-Петербургский государственный университет

сервиса и экономики

НОВГОРОДСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра «Математических и естественнонаучных дисциплин»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина «Экология»

Тема «Закономерности взаимоотношений организмов и среды»

Выполнил:

Студент 1 курса 58у группы специальности 080109

Блинова Ольга Ивановна Ф.И.О. студента

№ зачетной книжки:___________

Проверил:

____________________________

Ф.И.О. преподавателя

Великий Новгород

2009

1. Организм и среда обитания……………………….….3
2. Здоровье человека и экологическая безопасность….3
3. Качество продуктов питания…………………………6

4) Экологические аспекты демографической ситуации в России………………………………………………….…6

5) Человек и космос………………………………………8

Выводы и итоги……………………………………….10

Список литературы…………………………………….11

1. Организм и среда обитания

Одним из главных выводов учения В.И. Вернадского о биосфере была мысль о взаимосвязи всех живых организмов между собой и со средой обитания. Элементарная единица эволюции - популяция - находится в динамическом равновесии с другими популяциями и со средой обитания. Такие динамические равновесия называются популяционными волнами. Человеку ни в коем случае нельзя вмешиваться в природные популяционные волны (4-й закон Б. Коммонера - природа знает лучше). Размер популяции - результат динамического равновесия между ее биологическим потенциалом и сопротивлением среды обитания. Когда сопротивление среды ослабевает, численность популяции взрывоопасно возрастает.

Человеческая популяция, как и всякая другая, подчиняется тем же законам. Но, в отличие от других живых организмов, человек резко снизил сопротивление среды, практически нарушив природные балансы, преодолел действие лимитирующих факторов. Как уже было сказано, человек выиграл в конкурентной борьбе с другими видами, научившись в изобилии производить продовольствие, орошать поля и благоустроив свои жилища, а также создав средства борьбы с болезнетворными микробами и, тем самым, отрубив себя от естественного отбора. С помощью техники ради удовлетворения своих потребностей человечество стало эксплуатировать природные ресурсы, доведя их почти до полного истощения, что привело к исчезновению целых экосистем (например, обезлесение планеты), т.е. в значительной степени мы поддерживаем собственное существование за счет исчерпания ресурсов и истребления других популяций.

Однако, чрезмерно развив производство, человек не только выиграл, но и проиграл, поскольку перечисленные выше факторы его «победы» над природой сильно и болезненно ударили и по человеческой популяции. Над человечеством нависла экологическая опасность, угрожающая прежде всего его здоровью.

2. Здоровье человека и экологическая безопасность

Здоровье - это состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только отсутствие болезней (определение ВОЗ - Всемирной организации здравоохранения).

Рассмотрим более подробно, как загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы влияют на здоровье каждого человека, наций и всего человечества.

Загрязнение воздуха. Потенциально наиболее опасными для здоровья человека считаются атомные объекты, объекты химической промышленности, нефтепереработки, металлургии, трубопроводы, транспорт. В больших городах, однако, среди основных источников загрязнения воздуха лидирует не промышленность, а автотранспорт. В выбросах автомобилей содержатся токсичные угарный газ и соединения свинца, а также сажа, углеводороды, оксиды азота и т.д. (всего более 200 компонентов). Поскольку все эти выбросы тяжелее воздуха и скапливаются, в основном, у поверхности земли, дети, с которыми гуляют родители вдоль больших автомагистралей, отравляются больше, чем сопровождающие их взрослые. Результатом является резкое увеличение болезней органов дыхания у современных детей (даже по сравнению с предыдущим поколением).

От отравления воздуха вдоль автострад желтеют и осыпаются листья с деревьев. Кусты, листья и травы вдоль дорог накапливают значительные количества тяжелых металлов, поэтому в этих местах недопустим сбор грибов, ягод, лекарственных трав, заготовка сена, поскольку мясо и молоко домашних животных, которых кормят таким сеном, содержат токсины, опасные для здоровья людей. Тяжелые металлы концентрируются в почве и корнеплодах, грибах и ягодах, что не только снижает урожаи, но и несет угрозу здоровью.

Гидросферу отравляет сброс промышленных сточных вод. В настоящее время они загрязняют более трети мирового речного стока. Кроме нефти и нефтепродуктов, тяжелых металлов, токсичных пестицидов, диоксинов и радиоактивных отходов, весьма опасным является тепловое загрязнение вод, в результате которого «умирают» водоемы. Тепло является одним из видов загрязнений. Теплые сточные воды нагревают водоем, уменьшается растворимость в воде кислорода (который и так плохо в ней растворяется), начинается мор рыбы, резко возрастает заиливание водоема, что в конце концов приводит к его заболачиванию.

По данным российских природоохранных органов ежегодно растет число водных объектов с высоким уровнем загрязненности воды, предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда вредных веществ в этих водоемах превышены в 10 и более раз (определение ПДК и других критериев качества окружающей среды будут рассмотрены в теме 3). К наиболее загрязненным морским районам РФ относятся Азово-Черноморский бассейн, Северный Каспий, Финский залив Балтийского моря, залив Петра Великого Японского моря, Баренцево море в районе архипелага Новая Земля.

Страдают не только моря, но и большие и малые реки России, во многих из них из-за чрезмерного загрязнения недопустимо купание и рыболовство.

Одним из самых загрязненных мест в России и, как полагают некоторые экологи, на всей планете, оказался городок Карабаш в Челябинской области, где работает медно-серный комбинат, сливающий свои неочищенные сточные воды в местные речку и озеро. В этом поселке зафиксирована самая высокая в стране смертность на тысячу жителей, что является результатом многократного превышения показателей экологических стандартов в этом районе.

Пресноводные объекты - это еще и источники питьевой воды, качество которой в России катастрофически упало за последнее десятилетие. Сырую воду «из-под крана» сейчас нельзя пить ни в одном из населенных пунктов РФ.

Экологическая безопасность - это состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества, природы и государства от реальных и потенциальных угроз, создаваемых антропогенным или природным воздействием на ОС. Экологическая безопасность является важнейшей естественной потребностью человека наряду с его потребностью в пище, воде, одежде, жилище. Вся жизнь человека направлена на удовлетворение физических, духовных и социальных потребностей, включая обеспечение экологической безопасности. Министерство природных ресурсов РФ в 1993 г. разработало программу «Экологическая безопасность России», Совет безопасности РФ в том же году обсудил вопрос состояния здоровья населения России (в том числе и в связи с экологической ситуацией в стране).

Россия, как и вся планета, находится в экологическом кризисе, к которому в конце минувшего столетия в связи с переходным периодом добавились еще экономический и технологический кризисы. О губительном воздействии на здоровье людей техногенных загрязнений ученые неоднократно предупреждали еще в 70-е годы прошлого века. В начале нынешнего столетия предостережения о возможности техногенных катастроф уже стали исходить от политиков. Возможность таких катастроф возникает в связи с износом оборудования, непрерывно работающего на некоторых промышленных объектах более 60 лет (аварии на шахтах, падающие самолеты и вертолеты и т.д.).

Одновременно каждый день происходят «тихие» катастрофы, поскольку сбросы и выбросы загрязнений обладают коварным свойством накапливаться, аккумулироваться в биосфере, и катастрофа надвигается без взрывов и пальбы, незаметно, но неотвратимо. При этом взрослое население страдает болезнями печени, почек, легких, вызванных выбросами свинца; некачественная вода является причиной заболеваний органов пищеварения и выделительной системы. Основными причинами детской инвалидности в зонах экологического неблагополучия являются поражения органов дыхания, центральной нервной системы и мозга.

Все сказанное свидетельствует о том, что в РФ экологическая опасность несет угрозу генофонду страны и мешает выходу России из социально-экономического кризиса.

3. Качество продуктов питания

Одним из видов экологической безопасности является продовольственная безопасность, поскольку она относится к основным факторам, определяющим здоровье населения страны. Положение дел в этой сфере в РФ сильно ухудшилось в начале 90-х годов прошлого века в связи с потоком неконтролируемых поставок некачественного продовольствия из-за рубежа, ослаблением контроля за производством и реализацией продуктов питания. Все это привело к массовым пищевым отравлениям, прежде всего, некачественными спиртными напитками.

Одной из причин такого ухудшения были слабая техническая оснащенность многих отечественных предприятий пищевой промышленности и торговли (большинство производственных мощностей в этой сфере не обновлялось от 30 до 50 лет!), низкий уровень санитарной культуры, использование некачественного сырья, отсутствие производственного контроля в связи с ликвидацией лабораторных служб в этой отрасли.

Ситуация начала постепенно выправляться в начале ХХI в. в связи с введением жесткого контроля за качеством продовольствия, ликвидацией многочисленных «точек», не имеющих лицензий на изготовление и торговлю продуктами питания, техническим обновлением производственных мощностей в пищевой промышленности.

4. Экологические аспекты демографической ситуации в России

С экологической безопасностью тесно связана демографическая ситуация в России. По числу жителей РФ занимает седьмое место в мире после Китая, Индии, США, Индонезии, Бразилии и Пакистана. К началу ХХI в. Россия подошла, имея один из самых высоких темпов убыли населения (депопуляции). Причинами этого являются:

низкая рождаемость, массовое распространение однодетной семьи, не обеспечивающей воспроизводство населения;

высокая смертность, уровень которой является одним из самых высоких в Европе (16,3 чел. на тысячу жителей);

огромные потери трудоспособных мужчин от несчастных случаев, отравлений и травм (около 30% по данным на 2002 г.), что во многом связано с ростом алкоголизма и низким качеством спиртных напитков;

кризис семьи, высокий уровень разводов;

значительные объемы вынужденной (часто нелегальной) миграции, в том числе, обусловленной экологическими причинами (проблема экологических беженцев).

Как видно, причины демографического кризиса в России лежат не только в социальной сфере, но во многом имеют и экологический характер. На начало 2003 г. в России проживало 143,1 млн человек. Прогнозы демографов неутешительны: к 2010 г. численность населения в РФ составит примерно 138-139 млн человек, и Россия переместится с седьмого на девятое место в мире по численности населения. Долгосрочные прогнозы говорят о том, что если современные тенденции сохранятся, то через 5-6 десятилетий, во второй половине ХХI в., население России сократится примерно вдвое.

Для преодоления в России негативных демографических тенденций необходимо:

улучшение состояния здоровья населения, что будет способствовать снижению предотвратимой смертности, прежде всего мужчин в трудоспособном возрасте;

стимулирование рождаемости и укрепление семьи на основе повышения качества уровня жизни и материального поощрения рождения детей;

формирование определенных социальных и духовно-нравственных установок в обществе.

В 2005 г. наметился некоторый демографический перелом: по сравнению с предыдущими годами возросла рождаемость. Вероятно, это связано с некоторой стабилизацией уровня жизни населения и проявлением социального оптимизма. На выправление депопуляционной ситуации в России направлена и принятая в 2006 г. Президентская программа, обеспечивающая как стимуляцию рождаемости в стране (материальная и социальная помощь матерям), так и сокращение смертности (поддержка пенсионеров и инвалидов). Если эта программа будет осуществлена и тенденция на рост рождаемости продолжится и усилится, то мрачные прогнозы отечественных и зарубежных демографов могут и не оправдаться.

5. Человек и Космос

До сих пор речь шла о влиянии (в основном, негативном) человека на природу. Но очевидно, что есть и обратное влияние: природные факторы (а в этой части речь пойдет о космических факторах), несомненно, влияют на физиологию и поведение человека.

Несколько десятилетий назад практически никому не приходило в голову связывать свою работоспособность, самочувствие и эмоциональное состояние с активностью Солнца, фазами Луны, магнитными бурями и другими космическими явлениями. Пионером в этой области был русский ученый Александр Леонидович Чижевский, создавший гелиобиологию - раздел биологии, изучающий влияние Солнца на физиологические и поведенческие механизмы человека. О том, что Солнце во многом определяет функционирование растений и животных, люди знали с древних времен (цветение и плодоношение у растений, брачные периоды у животных и т.д.). Ритмичность, свойственная космическим телам - движению Земли, Солнца, Луны и звезд, является также неотъемлемым свойством живых организмов, универсальным качеством всего живого, общим принципом организации мироздания. Это свойство проявляется на всех биологических уровнях: клеточном, тканевом, организменном, экосистемном и биосферном.

Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве.

Теплое время года с правильной периодичностью сменяется холодным; в течение суток наблюдаются более или менее широкие колебания температуры, освещенности, влажности, силы ветра и т. п. Все это - природные, колебания экологических факторов, однако воздействовать на них способен и человек. Влияние антропогенной деятельности на окружающую среду проявляется в общем случае в изменении режимов (абсолютных значений и динамики) экологических факторов, а также - состава факторов, например при внесении ксенобиотиков в природные системы в процессе производства или специальных мероприятий - таких, как защита растений при помощи ядохимикатов или внесение органических и минеральных удобрений в почву.

Однако каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма (т. е. его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство. Требования и устойчивость того или иного вида организма к экологическим факторам определяют границы географической зоны, в пределах которой он может обитать, т. е. его ареал. Факторы окружающей среды определяют также амплитуду колебаний численности того или иного вида во времени и пространстве, которая никогда не остается постоянной, а изменяется в более или менее широких пределах.

Закон лимитирующего фактора

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических, факторов - как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах. Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но другие вещества, например бор или молибден, требуются в ничтожных количествах. Тем не менее недостаток или отсутствие любого вещества (как макро-, так и микроэлемента) отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах. Один из основоположников агрохимии - немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873) сформулировал теорию минерального питания растений. Он установил, что развитие растения или его состояние зависят не от тех химических элементов (или веществ), то есть факторов, которые присутствуют в почве в достаточных количествах, а от тех, которых не хватает. Например, достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать недостаток железа, бора или калия. Если любого (хотя бы одного) из элементов питания в почве меньше, чем требуется данному растению, то оно будет развиваться ненормально, замедленно или иметь патологические отклонения. Результаты своих исследований Ю. Либих сформулировал в виде фундаментального закона минимума.

Несмотря на разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Эффект воздействия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмам. У всех организмов в процессе их эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах, которые являются пределами положительного влияния на организм, его жизнедеятельность. Однако для каждого организма, будь то растение, животное или микроорганизм, существует конкретное количество фактора, которое для него наиболее благоприятно. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто экологическим оптимумом для орга-низма данного вида. Оптимальными условиями следует считать те, при которых особи данного вида проявляют максимальную жизнедеятельность (растут и развиваются) и оставляют наибольшее число потомков, т.е. оказываются наиболее приспособленными к условиям среды обитания. Уменьшение или увеличение силы воздействия фактора относительно пределов оптимального диапазона снижает жизнеспособность организмов. И чем сильнее отклонение от
оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Максимальное и минимальное переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно, наступает смерть. Они называются верхним и нижним пределами или экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазон силы фактора между экологическим минимумом и максимумом называется пределами выносливости или пределами толерантности. В пределах толерантности жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора и графически описывается куполообразной кривой (рис.1)

Размножение
Рост особей
Выживание особей

Как видно на представленном рисунке, в пределах толерантности выделяют несколько зон в зависимости от степени проявления жизнедеятельности организма при разной силе фактора. Эти зоны следующие:
1(F - F) - зона оптимума - это диапазон силы фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность и наблюдается его рост, развитие и размножение;
(C - F, F - C) - зона нормальной жизнедеятельности - это диапазоны силы фактора, в пределах которых организм проявляет нормальную жизнедеятельность и наблюдается его рост и развитие, но размножение уже невозможно;
(S - C, C - S) - зона выживания - это диапазоны силы фактора, в пределах которых организм проявляет сниженную жизнедеятельность, способную обеспечить только его существование, но недостаточную, чтобы обеспечить его рост, развитие и размножение;
(A - S, S - A) - зона угнетения или зона пессимума - это диапазоны силы фактора, в пределах которых фактор оказывает угнетающее действие на организм и жизнедеятельность его настолько снижена, что в конечном итоге может произойти гибель организма.
Кривая может быть симметричной или асимметричной, широкой или узкой. Форма ее зависит от видовой принадлежности организма, от характера фактора и от того, какая из реакций организма выбрана в качестве ответной и на какой стадии развития.
Представители разных видов сильно отличаются по зоне оптимума и пределам толерантности к одному и тому же фактору (например, рыбы теплых и холодных морей). Одна и та же сила фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого вида и выходить за пределы вы-носливости для третьего вида. В зависимости от положения зоны оптимума в пределах толерантности организмы бывают теплолюбивые и холодоустойчивые, влаголюбивые и засухоустойчивые и т.д. Зона оптимума может быть разной у организмов одного и того же вида на разных стадиях развития (например, у рыб при созревании половых клеток и икрометании) к одному и тому же фактору, разной по отношению к разным факторам.
Каждый вид специфичен по своим экологическим потребностям. Для каждого вида характерны свои пределы толерантности по отношению к одному и тому же фактору. Эта особенность видов была сформулирована в 1924 году русским ботаником Л.Г.Раменским как «правило экологической индивидуальности видов» применительно к растениям, а несколь-
ко позже это правило широко было подтверждено и в зоологических исследованиях.
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность или экологическая валентность вида. Чем шире диапазон колебания фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластич-ность и тем шире у него пределы толерантности. Организмы с широкими пределами толерантности являются более выносливыми и их называют эврибионтными. Виды, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимальной величины, экологически непластичны и являются маловыносливыми. Они имеют узкие пределы толерантности и называются стенобионтными или узкоспециализированными. Виды, длительно существующие при относительно стабильных условиях среды, вырабатывают черты стенобион- тности, а те, которые существуют при значительных колебаниях факторов среды, становятся эврибионтными.
Бионтность организма к тому или иному фактору обозначается прибавлением к названию фактора приставки эври- или стено-. Например:
стенотермный или эвритермный (по отношению к температуре);
стеногидрический или эвригидрический (по отношению к влажности);
стеногалинный или эвригалинный (по отношению к солености воды);
стенофагный или эврифагный (по отношению к пище); стеноойкный или эвриойкный (по отношению к местообитанию).
Эврибионтных организмов по отношению ко всем факторам очень мало. Эврибионтность способствует широкому распространению видов (простейшие, бактерии, грибы и т.д.). Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Однако из-за высокой специфичности стенобионты могут занимать обширные территории (птица скопа).
Таким образом, к каждому из факторов среды особи приспосабливаются относительно независимым путем, при этом
экологическая пластичность по отношению к различным факторам среды оказывается неодинаковой. Поэтому каждый вид обладает своим специфическим экологическим спектром, т.е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды обитания.

Вопрос о проблемах экологии является недостаточно ясным. В ботанической литературе он вообще не подчеркивается, и на основе анализа содержания руководств по экологии растений можно полагать, что ботаники считают «проблемами экологии» классификации так называемых экологических факторов и в отрос о жизненных формах растений.

Зоологи обычно называют основной проблемой экологии изучение динамики численности организмов, а также относят сюда такие вопросы, как акклиматизация (Д. Н. Кашкаров), борьба за существование, понятие целостности вида (С. А. Северцов) и т. п.

Подобную трактовку вопроса о проблемах экологии мы не можем признать правильной. Учение о виде или явление акклиматизации нельзя относить к проблемам экологии по той причине, что они имеют общебиологическое значение, и экология наряду с другими науками рассматривает лишь часть относящихся к ним вопросов.

Проблемы науки исходят из ее основного содержания и связаны с разрешением крупных теоретических и практических задач. Проблемы экологии должны вытекать из ее содержания и задач и иметь народнохозяйственное значение. В качестве основных проблем экологии могут быть названы: закономерности взаимоотношений организмов со средой, экологическая пластичность организмов, организмы как индикаторы, биологический метод очистки среды и борьбы с вредными организмами, плодовитость как приспособление к выживанию, динамика численности организмов и ее прогнозирование, охрана и преобразование живой природы.

Закономерности взаимоотношений организмов со средой

Вопрос о закономерностях взаимоотношений организмов и среды представляет одну из центральных проблем экологии наряду с динамикой численности организмов. По существу это такой же исходный вопрос экологии, как в философии вопрос об отношении бытия к сознанию.

Большая часть данной книги посвящена рассмотрению названной проблемы и потому здесь можно конспективно изложить лишь ее основные аспекты.

Постановка вопроса «организм и среда» порождает возможность разного ответа относительно причин изменчивости, приспособления и эволюционного развития живых существ. Автогенез ищет их во внутреннем (организме), эктогенез-во внешнем (среде), и биология, опирающаяся в качестве методологической основы на идеализм или механицизм, вынуждена избирать одну из двух названных противоположных позиций.

Диалектико-материалистическая биология нашла новый путь к решению этого важного вопроса, покончив с противапоставлением организма и среды, метафизическим отрывом их друг от друга, показав теоретическую и практическую плодотворность «третьей» концепции. Немаловажное значение имеет формулировка последней: «единство организма и среды» или «единство организма и необходимых для его жизни условий». Первая формулировка была верной до 1948 г., пока не оказалась найдена вторая.

В настоящее время первую формулировку мы считаем недостаточной и неправильной, если под «средой» понимать не только условия жизни данного организма (вида), а всю совокупность окружающих его условий (факты гибели организмов в неподходящих условиях и исторического вымирания видов свидетельствуют о том, что нередко между организмом и средой бывает не единство, а неразрешимое противоречие).

При изучении закономерностей взаимоотношений организма и среды мы сталкиваемся с рядом специфических вопросов, свойственных каждому из членов этой системы.

Что касается «организма», находящегося под влиянием среды, то здесь возникают такие вопросы: происхождение адаптаций, отношение внутривидовых форм (в том числе биотопических=«экологических») к виду, образование и значение жизненных форм.

В каждой среде действует особая совокупность факторов, среди которых могут выделяться по их значению для органнзмов необходимые, безразличные и вредные. Факторы воздействия нужно отличать от условий жизни (существования и развития).

Факторы разнообразны, а диапазон их действия бывает весьма значителен. Все это создает в природе возможность бесконечного разнообразия сочетаний условий, характеризующихся качественной определенностью и количественным развитием. Поэтому для экологии становится очень важным вопрос о классификации факторов. Последняя возможна с разных точек зрения.

Принципиальное значение имеет, по нашему мнению, разделение всех факторов на три группы, или ступени, в зависимости от характера их возникновения. В связи с этим следует различать факторы абиотические, биотические и антропические. Первые из них вызваны проявлением сил так называемой неживой природы, вторые связаны с жизнедеятельностью организмов (животных, растений, микробов), третьи определяются воздействием человека.

Не подлежит сомнению, что названные три ступени факторов с точки зрения их исторического возникновения и нарастающей силы воздействия могут быть рассматриваемы в следующей последовательности: абиотические факторы - первичные, участвовали в создании живого; биотические факторы - вторичные, возникли с появлением живого и в свою очередь (наряду с социальными) содействовали появлению человека; антропические факторы - возникли на грани третичного и четвертичного периодов, с появлением человека. В ходе эволюции животного и растительного мира с появлением все более прогрессивно развитых видов и все более сложных биоценозов соответственно осложняется среда и усиливается действие биотических факторов:. В ходе исторического развития человечества, сопровождающегося все более глубоким познанием законов природы и созданием все более мощных средств ее покорения, соответственно развиваются и прогрессируют антропические факторы, т. е. различные воздействия людей на животный и растительный мир.

С точки зрения изученности рассматриваемые три группы факторов располагаются в той же последовательности. Абиотические, т. е. физико-химические, воздействия на организмы более определенны, и результаты их могут быть обнаружены при морфологических, физиологических и других исследованиях. Однако это вовсе не означает, что данная группа факторов уже полностью изучена. Напротив, сравнительно недавнее открытие значения температуры и света на определенных стадиях развития зеленых растений показывает, как мало мы еще знаем значение отдельных абиотических условий в формообразовательных процессах и жизни организмов.

Еще большая сложность изучения биотических факторов подтверждается тем, что, несмотря на столетнее внимание к этому вопросу биологов, и в настоящее время не закончилась дискуссия по вопросу значения, например, внутривидовой борьбы за существование. К антропическим факторам внимание исследователей стало привлекаться по существу лишь в последние десятилетия преимущественно в России, в связи с проводимыми здесь работами по охране живой природы и ее плановому преобразованию. Поэтому в этой области еще почти нет крупных обобщений и существует большой разнобой во взглядах исследователей.

Трудности дальнейшей классификации абиотических, биотических и антропических факторов определяются рядом обстоятельств. Здесь прежде всего нужно отметить разницу изолированного и совокупного действия факторов, которая проявляется во всех трех группах (I - смесь ядов может быть безвредна, мороз с ветром и без него, при разной влажности и т. п.; II - влияние друг на друга одиночных организмов, при разной плотности популяции и при перенаселении; III - воздействие человека на отдельный вид или весь биоценоз и т. д.). Следует иметь в виду непосредственное действие и последующее влияние (последействие), которые могут быть резко различными, причем первое обычно является единичным (затрагивает отдельный вид), а второе становится всеобщим (изменяет весь биоценоз или всю природу на определенной территории), каковы результаты истребления и вселения видов, распашки целины, создания лесных массивов, осушения, строительства водохранилищ и т. п.

Особо сложным является разграничение прямого и косвенного действия биотических и антропических факторов. Недостаточно четкое и вдумчивое изучение относящихся к этой области закономерностей приводит, например, к длительной и бесперспективной дискуссии по вопросу о так называемой внутривидовой конкуренции автотрофов из-за абиотических условий жизни. Всходы растения могут страдать от затенения, происходящего, например, по трем следующим принципиально различным причинам: 1) наличию, скалы, 2) присутствию разросшегося дерева и 3) построенному человеком навесу.

До сих пор некоторые биологи лишь первый случай относят к абиотическим факторам, второй рассматривают как пример внутривидовой или межвидовой борьбы и третий причисляют к антропическим факторам. Мы считаем подобный подход к разграничению факторов механистическим, субъективистским и антропоморфным (имеющим значение лишь с точки зрения человека, разграничивающего три группы факторов, но безразличным для организма, подвергающегося воздействию, которое в этих случаях качественно однопорядково).

Когда биологически изучается действие факторов, то значение имеет не причина, их породившая, а результат -ответная реакция организма. Влияние удара по голове не изменится от того, свалится ли на животное или человека камень с горы, кирпич с крыши или, наконец, в лесу упадет дерево. Совершенно одинаковый эффект воздействия разлива на животную и растительную жизнь будет наблюдаться в пойме реки, если на ней возникнет плотина вследствие естественного обвала берега, постройки бобрами или человеком норы будут затопляться, наземные животные станут искать спасения на возвышенностях и т. п. Растения одинаковое будут ощущать недостаток влаги в почве вследствие отсутствие дождя, влияния испарения (при наличии суховея или транспирации других растений), при понижении уровня грунтовых вод за счет лесопосадки, проведения дренажа и т. п., и т. д.

Очевидно, что во всех этих и многих подобных случаях нет совершенно никаких объективных оснований разграничивать здесь три принципиально различные группы факторов - абиотические, биотические и антропические. Во всех этих случаях мы видим лишь действие абиотических факторов - механического удара, избытка и недостатка влаги и т. п. и однопорядковую реакцию подвергшихся соответствующему воздействию организмов.

Прямое действие факторов всегда вскрывает их специфический характер. Например, абиотические факторы могут быть разделены на средообразующие, физические и химические; биотические - на внутривидовые и межвидовые отношения; ашрапические - сведены к истреблению, разведению, интродукции и селекции организмов. Так называемое косвенное действие факторов, всегда осуществляемое через среду, является неспецифическим. Косвенное значение антропических воздействий заключается в изменении биотических и абиотических условий; косвенное влияние биотических факторов (организмов) состоит в изменении ими абиотического режима.

Как видим, каждая последующая ступень факторов включает в себя в качестве косвенных влияний предыдущую ступень

Мы полагаем, что подобное разграничение основных групп факторов позволит глубже понять закономерности взаимоотношений организмов со средой и не смешивать причину со следствием, что, к сожалению, имеет место во многих современных экологических работах.

Если «развернуть» табл. 6 таким образом, чтобы в группу абиотических факторов попало не только первичное действие силе неживой природы, но также «косвенное» влияние организмов и человека, а в группу биотических факторов-прямое взаимодействие организмов друг с другом и «косвенное» влияние человека, то закономерности действия факторов будут иметь следующий вид.

Абиотические воздействия на организмы могут быть трех родов - прямые и преобразованные человеком или прочими организмами; биотические воздействия - двух родов: прямые взаимюотношения организмов между собой и преобразованные человеком; наконец, антропические воздействия -одного рода: все прямые влияния человека на живую природу.

Подобное понимание закономерностей отношений организмов и среды позволяет нам найти пути к решению споров по вопросу о внутривидовой конкуренции, о значении перенаселенности и т. п. Мы видим, что прямое и косвенное влияние абиотических факторов, имеющее решающее значение в жизни растений (и меньше - для животных), лежит за пределами собственно внутривидовых и межвидовых отношений. Настоящая внутривидовая конкуренция имеет меньшее значение в жизни автотрофных организмов и большее- среди гетеротрофов, у которых повышение плотности популяции будет обострять эти отношения.

Внутривидовые и межвидовые отношения, «очищенные» от незакономерно присоединенных к ним явлений, связанных с влиянием абиотических факторов, приобретают большую четкость. Становится возможным более углубленное изучение и подразделение этих отношений. Биологи, относившие к биотическим факторам «конкуренцию» из-за недостатка абиотических факторов существования (которая одинакова между особями одного вида или разных видов), затушевывали вопрос о специфике внутривидовых и межвидовых отношений и тормозили его изучение.

Принципиальное значение имеет, наконец, вопрос о роли конкуренции между организмами как таковой. Некоторые склонны именно в конкуренции видеть движущий фактор развития, однако убедительных доказательств не приводят.

В советской биологической литературе достаточно широко и глубоко прошла дискуссия по вопросу о факторах исторического развития организмов, поэтому нет нужды останавливаться на нем подробно. Сторонники неодарвинизма видят источник развития в борьбе за существование, перенаселенности, внутривидовой конкуренции; последователи творческого дарвинизма - в изменении условий жизни и их ассимиляции организмами. Это две принципиально различные концепции, основывающиеся на разной методологии.

Приверженцы значения борьбы за существование как фактора развития в настоящее время в советской биологии немногочисленны и сохраняются главным образом в «фитоценологии», которая вся построена на принципах признания ведущего значения борьбы и конкуренции между растениями, тогда как изучение действия абиотических факторов составляет удел экологии растений. Как уже указывалось, фитоценоз не мыслится без борьбы за существование (Сукачев), которая признается и основным фактором развития фитоценозов, их сукцессии. Некоторые не довольствуются признанием борьбы между организмами и говорят о межфитоценозной борьбе (Соколов).

С. Я. Соколов (1956) вновь поднимает вопрос о борьбе за существование как исходном начале развития живой природы, полностью игнорируя результаты десятилетних работ биологов, показавших значение условий жизни в формировании наследственности и эволюции. Он пишет «... само собой понятно, что эволюция организмов происходит только на основе внутривидовой борьбы за существование. Вне этой категории борьбы за существование эволющия вообще немыслима; этот тип борьбы является содержанием всех остальных форм борьбы». В понимавши С. Я. Соколова и его единомышленников «фитоценоз» представляет новое качество живой природы, живущее особой жизнью целого, причём борьба и конкуренция выступают как особые жизненные свойства, особые силы. Но если объективно проанализировать это «целое» и эту «силу», то мы найдем лишь совокупность организмов и наличие между ними разнообразных конкретных взаимоотношений, среди которых внутривидовая борьба и конкуренция вовсе не занимают такого исключительного положения.

Если же отбросить чисто мифическую конкуренцию, за которой скрывается косвенное действие абиотических факторов, то окажется, что организмы изменяются именно под влиянием условий жизни. Однако сторонники неодарвинизма предпочитают их не видеть и говорят о имеющей якобы место конкуренции, хотя таковой часто фактически нет и в помине.

Сделанная нами попытка расчленения факторов с учетом их специфики позволяет правильнее оценить и значение явления конкуренции, которое имеет более узкое распространение, чем полагали раньше, и потому не может рассматриваться в качестве основного источника эволюции. Дивергенция организмов может происходить помимо всякой конкуренции в результате прямого влияния среды и последующего отбора (образование крылатых и бескрылых форм насекомых на островах под влиянием действия ветра и т. п.).

Совершенно ошибочно представление, что конкуренция является источником прогресса в живой природе. Напротив, она может вести к общему угнетению популяции, недоразвитию организмов, которые легче подвергнутся истреблению под; влиянием неблагоприятных абиотических факторов и межвидовых отношений.

Конкуренция, усиливающаяся при перенаселенности, как правило, обостряет и ускоряет действие тех или иных факторов, но не изменяет направление процессов изменения организмов, происходящих под общим влиянием условий жизни. В случаях культурного содержания организмов конкуренция может противодействовать стремлению человека получить высокую продуктивность у животных и растений.

След «плавания» выдры (Lutra lutra) в рыхлом снегу. Река Пыжа Алтай. Март 1952 г.

Следы млекопитающих. Вверху: след колонка в рыхлом снегу. Алтай. Февраль 1958 г. Внизу: тропа зайца-беляка как приспособление к передвижению по глубокому снегу. Бердск. Март 1952 г.

Термин «борьба за существование», которым слишком злоупотребляли в истории биологии, вкладывая в него различное содержание, лучше совершенно оставить, а если уж применять, то в более узком смысле - для характеристики определенной труппы антагонистических (внутривидовых и межвидовых) отношений необходимо совершенно исключить из него взаимоотношения с абиотическими факторами и явления взаимопомощи организмов, называть которые «борьбой за существование» противоречит здравому смыслу.

Таким образом, совокупное влияние условий жизни на организм и приспособление последнего к ним - таков путь историческою развития живой природы. Под этим углом зрения и должны изучаться закономерности взаимоотношений организмов со средой, исследованные еще очень слабо, познание которых имеет решающее значение для подлинного овладевания человеком силами живой природы.

Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.