Учение об экологических факторах. Диапазон, оптимум и пессимум. Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда.

Экологический фактор – это любой нерасчлененный далее элемент характеристики среды. Способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Фактор – это движущая сила, совершающихся процессов.

Экологические факторы делятся на три группы по происхождению:

1) абиотический фактор – условие или совокупность условий неорганического мира

Пример: температура, соленость морской воды, количество растворенного кислорода в воде и содержания кислорода в атмосфере, свет, эдафические факторы (факторы субстратов).

2) биотический фактор – фактор, источники которого служат опосредованно воздействию живого на среду.

Различают внутривидовые и межвидовые биотические факторы.

Внутривидовые факторы: демографические (рождаемость, смертность, выживаемость), этологические (групповой эффект), конкуренция, факторы, связанные с полом.

Межвидовые факторы: нейтрализм, конкуренция, мутуализм, комменсализм, аменсализм, паразитизм, хищничество.

3) антропогенный фактор- фактор, возникающий в ходе непосредованного воздействия человека на что-либо (живое или не живое). Данный фактор обязан своим происхождением деятельностью человека.

Во временном аспекте различают такие факторы как:

-) эволюционные -) исторические -) современные

По силе воздействию:

-) лимитирующие факторы

Находясь в минимуме или максимуме мешают процветанию популяции или сообщества при наличии благоприятного условия остальных факторов.

-) экстремальные

-) сублетальные

-) летальные

По форме воздействия:

Мутагенные – прямо или косвенно вызывающие генетические мутации

Тератогенные – прямо или косвенно вызывающие гено и фенотипические изменения

Иногда в процессе исследования необходимо различать факторы, действующие на популяцию непосредственно и опосредованно. В первой категории большая часть физико-химических факторов среды и некоторые биотические. Ко второй относится большая часть биотических и некоторые абиотические.

Под экологическим фактором всегда понимается такое внешнее воздействие, которое подается измерению и может быть выражено тем или иным числом.

Критерии экологического фактора:

1. Нерасчлененность среды. Пример: в качестве экологического фактора нельзя рассматривать глубину водоема. Так как глубина влияет на водных обитателей не целиком, а конкретно через изменение давления, уменьшения освещенности, уменьшения температуры, повышения солености, увеличения содержания кислорода и т.д.

В большинстве случаев экологический фактор – это нерасчленяемое внешнее воздействие на популяцию, вид, биоценоз, экосистему и т.д.

Климат – не экологический фактор, так как он расчленяется (температура, влажность, продолжительность, сила и направления ветра)

2. Действие экологического фактора может быть непрямым, а опосредованным (воздействует через многочисленные причинно-следственные связи) Пример: высокая численность птиц на «птичьих базарах»; полихета полола «танец смерти»

Классификация факторов по Тыщенко

1) Витальные факторы (энергетические)

Оказывают непосредственное воздействие на жизнедеятельность организмов, меняют их энергетическое состояние. Пример: температура, конкуренция, хищничество, паразитизм и т.д.

2) Выполняют сигнальную роль, несут информацию об изменении энергетических характеристик среды. Пример: продолжительность светового дня, ферамоны.

Некоторые абиотические факторы могут обладать как энергетическим так и сигнальным действием. Пример: свет, который считается главным источником энергии для фотосинтеза растений. В то же время его главная экологическая роль состоит в синхронизации биологических ритмов разной продолжительности. В этом проявляется сигнальное действие света.

Классификация факторов А.С. Мончадского.

Основана на оценке степени адаптивности реакции организмов на воздействие окружающей среды. Должна учитывать особенности реакции организмов, подвергающихся воздействию этих факторов, в том числе степень совершенства адаптации организмов, которая тем выше, чем древнее в филогенетическом аспекте данная адаптация.

3 группы факторов:

1) Первичные (периодические)

2) Вторичные (переодические)

3) Непереодические

Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле.

Адаптация организмов к первичным абиотическим факторам настолько древняя, что очень прочно укрепилась в их наследственной основе. Пример: температура, освещенность, приливы и отливы.

В целом адаптивные реакции организмов на влияние периодических факторов сходны у всех групп животных и не обнаруживают специфики.

Математические законы относящие к действию температуры на проявление жизнедеятельности практически одинаковы у очень отдаленных таксономических групп животных. Таких как насекомые и позвоночные. Пример: у птиц и насекомых выявлены одни и те же основные типы фотопериодические реакции.

Первичные периодические факторы играют преобладающую роль во многих местах обитания. Исключение: только специфические зоны обитания, такие как абиссаль (глубоководные участки Мирового океана), подземные участки, где изменения первичных факторов равны нулю или очень незначительны. Первичные периодические факторы должны быть прежде всего учтены при экспериментальных исследованиях.

Вторичные периодические факторы

Изменение данных факторов есть следствие изменения первичных периодических факторов. Чем теснее связь втор. периодических факторов с первичными, тем с большой регулярностью проявляется периодичность вторичных факторов. Так например, влажность воздуха – вторичный фактор, который находится в прямой зависимости от температуры. Еще примеры: растительность, которая служит пищей и периодичность которой связана с вегетационным циклом. Для водной среды – это содержание кислорода, количество растворенных солей, мутность. Наличие горизонтальной или вертикальной циркуляции вод, скорость течения и т.д. Однако периодичность вторичных факторов не такая строгая как у первичных.

К вторичным факторам относят биотические, внутривидовые. И они такого древнего происхождения как первичные. И адаптации к ним не так четко выражены и более разнообразны в различных систематических группах. Пример: относительная влажность воздуха стала для организмов экологическим фактором только тогда, когда они перешли к наземному образу жизни. Поэтому адаптация к изменению относительной влажности у животных развита менее сильно, чем адаптация колебания температуры, следственно диапазон к выносливости изменения влажности не так широк , как к изменению температуры.

Непериодические факторы

В нормальных условиях не существуют. Они проявляются неожиданно. Поэтому организмы обычно не успевают к ним приспособиться.

-) климатические. Пр.: шквальные ветры, грозы, а также пожары. Все формы человеческой деятельности, а также действие хищных, паразитических и патогенных видов животных. Все биотические факторы за исключением между особями одного вида.

Среда, в которой оказывается паразит – нормальное место обитания. Для хозяина паразит не является необходимостью, и в данном случае это непериодический фактор.

Действие экологического фактора

Принцип экологического действия: (рисунок). Ось х- действие фактора, у-выживаемость. Действие фактора выражается в жизнедеятельности организма, что в конечном итоге приводит к изменению численности популяции. При определенных значениях интенсивности фактора создаются наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности – оптимальные, соответствующая область на шкале значений факторов - оптимальная. Зоны количественного выражения фактора, отклоняющиеся от оптимума, но не нарушающие жизнедеятельности – зоны нормы, которые определяют границы нормальной жизнедеятельности. Сдвиг в сторону недостатка или избытка фактора снижает эффективность действия адаптивных механизмов и нарушает жизнедеятельность организма, но он еще может существовать. Диапазон значений за границей нормальной жизнедеятельности – пределы выносливости.

Различают верхний и нижний предел выносливости. В естественной среде организм всегда находится под воздействием комплекса факторов, и в разных условиях фактор может действовать по-разному-голодное животное менее устойчиво, чем сытое к воздействию многих факторов. Действие фактора необходимо рассматривать непосредственно на весь организм, а потом на отдельные стороны жизнедеятельности. Действие фактора на популяцию равно сумме индивидуальных воздействий, пределы адаптации шире у популяции, чем у отдельной особи. Генетическая гетерогенность обеспечивает различную реакцию. Результат действия экологического фактора – увеличение или снижение показателей обилия популяции и жизнедеятельности, расширение, сужение границ территорий.

Реакции в пространстве и времени. Хотя организмы приспособлены к узкому диапазону фактора, популяции одного вида часто подразделяются на группы с различными экологическими требованиями и приурочены к разным значениям фактора в пределах ареала. Часто приспособленные для успешного существования группы в одних условиях ареала, могут не так хорошо соответствовать его другим частям. Медуза aurelia aurita – особи берегов Канады имеют максимальную скорость сокращения купола при 18 градусах, особи берегов Флориды 29 гр, особи одного вида, но разных популяций имеют разный температурный оптимум. Временые изменения: при рассматривании необходимо иметь в виду возрастные различия организмов. Как правило, пределы выносливости молодых организмов значительно уже, чем у взрослых и старовозрастных. Морские рачки литорали бел и Баренц морей semibalanus balanoides выдерж-ю от 0 до 40 градусов, яйца образуются летом, оплодотворение- конец зимы - начало весны, личинки выходят в планктон весной, взрослые более выносливы.

57. Химические факторы. Понятия толерантности, резистентности к химическому загрязнению. Кривая "доза-эффект". Экологическая токсикология о становлении резистентности. Акклимация.

Проникновение в окружающую среду химических веществ, отсутствующих в этой среде ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму, относят к химическому загрязнению. Сюда входит загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, отдельными простыми или сложными химическими веществами.

Токсикология– комплекс методов количественной оценки токсичности и опасности химических веществ для организма.

Тест-объект: Ceriodafnia affinis позволяет за 7 суток дать полную оценку токсичности сточных вод или химических веществ. Ddafnia magna – за 21–24 дня.

Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные.

КРИВАЯ «ДОЗА-ЭФФЕКТ»

Резистентность – способность противостоять токсическому действию веществ за счет реализации адаптивных механизмов (синтез металлотионеина- белок до пределов толерантности).

Логнормальное распределение

Единицы измерения - концентрация вещества в природной среде - мг/л, мкг/л, г/л Время – сек., мин., часы, сутки

Для сравнительной оценки токсичности ядов пользуются величиной LD50. Эта величина является той средней дозой, после поступления которой (в желудок, брюшную полость, на кожу) в течение трех суток наступает гибель 50 % подопытных животных. Иногда для определения LD50 подопытных животных наблюдают в течение не трех, а 14 суток. LD50 выражается в миллиграммах вещества на килограмм массы животного (мг/кг).

Большинство полученных дозовых зависимостей, носит S-об-разный характер.

Чувствительность большинства животных в популяции близка среднему значению. Интервал доз, включающий основную часть кривой вокруг центральной точки, иногда обозначается как «потенция» препарата.

Небольшая часть популяции в левой части кривой «доза-эффект» реагирует на малые дозы токсиканта. Это группа сверхчувствительных или гиперреактивных особей. Другая часть популяции в правой части кривой реагирует лишь на очень большие дозы токсиканта. Это малочувствительные, гипореактивные или резистентные особи.

Наклон кривой «доза-эффект», особенно вблизи среднего значения, характеризует разброс доз, вызывающих эффект. Эта величина указывает, как велико будет изменение реакции популяции на действие токсиканта с изменением действующей дозы. Крутой наклон указывает на то, что большая часть популяции будет реагировать на токсикант примерно одинаково в узком диапазоне доз, в то время как пологий наклон свидетельствует о существенных различиях в чувствительности особей к токсиканту

АККЛИМАЦИЯ – компенсаторные изменения, возникающие в организме при длительном отклонении какого-либо одного фактора среды от первоначального уровня.

- адаптация к одному какому-нибудь фактору при неизменности других факторов среды.

Акклимацию следует считать элементарной формой природных фенотипических адаптаций. Эту форму очень сложно изучать в природе. Форма доступна исследованию только в виде лабораторного эксперимента.

Требования к исследованию акклимации лишь в лабораторных условиях становится очевидным, если учесть еще одну особенность этого явления. Оно относится не только к одному фактору среды, но и к определенной дозе этого фактора или к определенному шагу измененной среды, что возможно в искусственно созданной лабораторной обстановке.

Лишь в редких случаях при периодических изменениях природных факторов и определенных пределах их суточной приливно-отливной (море) или сезонной ритмики можно говорить о природной акклимации.