Экологические факторы

средой (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей

среде).

изучает взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой

изучает функционирование сообществ (экосистем и биогеоценозов) и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами

на которое реагирует организм.
Окружающая среда – совокупность факторов среды,

действующих на организм.

Межвидовые
взаимодействия

или экотопы - воздушный, водный, температурно-радиационный режимы, режим минерального питания,

факторы хозяйственной деятельности человека и пр.).
на косвенные (более или менее внешние по отношению к экосистеме; например, географическая широта и удаленность от океана, местоположение экосистемы в рельефе, характеристики геологических пород, уровня грунтовых вод и пр.);

организмов друг на друга)
Антропогенный (деятельность человека)

с некоторой периодичностью или быть не периодичными. 
Периодические факторы разделяются

при этом на первичные и вторичные:
К первичным периодическим факторам отнесены явления, связанные с вращением Земли — суточная смена освещенности, смена времен года.
Вторичные периодические факторы формируются под влиянием первичных. К ним относятся режим влажности и температуры воздуха, количество осадков, продуктивность растительности (для травоядных животных), содержание растворенных газов в воде.
Непериодические факторы (шквальный ветер, значительная ионизация атмосферы, пожары)

их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обусловливающие их

единство.




1. Экологический фактор только тогда им становится, когда действует на организм.
2. При отсутствии организмов загрязнение среды невозможно.
3. Можно либо прогнозировать изменения этих систем в ответ на известные тенденции изменения среды обитания, либо установить факт изменений среды по изменению свойств организмов.

который наиболее близок к минимальному пределу выносливости рассматриваемого организма
Юстус

Либих 1803-1873

как в минимуме так и в максисимуе, диапазон между которыми

определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору.

Шелфорд Виктор Эрнест (1877-1968)

это совокупность реакций биологической системы в ответ на изменение факторов

среды, приводящая к сохранению гомеостатической функции

Митчерлиха и австрийский математик Бернхард Бауле (1891-1976). Основная идея состоит

в том, что "каждый из факторов роста при изменении его количества, как это мы имеем с удобрениями или количеством влаги, или при изменении напряженности (свет, тепло), соответственным образом влияет на урожай, независимо от того, находится ли он в минимуме, или нет"

Эйльхард Митчерлих (1874—1956) 

Алёхина и Эдуарда Рюбеля: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов

может быть компенсирован каким-либо другим близким (аналогичным) фактором. Организмы не являются "рабами" физических факторов (условий среды): организмы сами и приспосабливаются, и изменяют условия среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние тех или иных факторов.
Компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению - они избегают крайностей местного градиента условий.
Некоторые моллюски при отсутствии (или дефиците) кальция могут строить свои раковины, частично заменяя кальций стронцием

Алёхин

Рюбель

отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света,

воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами. В известной степени эта гипотеза является дополнительной к предыдущей, ведь компенсация факторов, как правило, относительна.

Василий Робертович Вильямс

радионуклиды и пр.) ведет к усилению их действия по мере

прохождения в биологических циклах и трофических цепях. В наземных экосистемах с переходом на каждый трофический уровень происходит примерно 10-кратное увеличение концентрации токсических веществ (коэффициент аккумуляции К). Это правило является частным случаем (по отношению к токсикантам) более общего правила 10%.

скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза.
Температура –

физическая величина, характеризующая степени нагретости тел.

расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил термометр сразу за красной

полосой видимого спектра и показал, что температура повышается, а, следовательно, на термометр воздействует световое излучение, недоступное человеческому взгляду.

Вильям Гершель
(1783–1822)

большинства организмов необратимые изменения наступают при температуре 60 С.
экстремальные термофилы

– это архебактерии живут в гейзерах и фумаролах, выдерживают температуру около 100 С.

Гидротермальные источники на дне океанов являются средой обитания червей-рифтий и серобактерий. Температура воды достигает 350 С

и температурой замерзания цитоплазмы клетки и образованием кристаллов льда.
У видов

выдерживающих сильное охлаждение в клетках относительно мало воды и повышается доля веществ, которые замерзают при более низкой температуре, чем среда обитания.
Некоторые организмы могут оставаться живыми при температурах близких к -273 С.

тихоходка

– регулируют температуру тела
Гетеротермные – могут менять температуру тела в

течение времени

климате размеры тела позвоночных животных увеличиваются




Гималайский (120—140 кг)

Бурый (300—400 кг). Белый (400-700 кг)
Правило Аллена – в более холодном климате размеры выступающих частей тела уменьшаются

Лиса-фенек

Лиса обыкновенная

Песец, или полярная лиса

Верблюжья колючка
Морошка
Лиственница
Кокосовая пальма
Кедровый стланник
Кактус

растворенных веществ в клетке (у животных и растений)
Накопление подкожного жира

(у животных)
Накопление биологических белковых антифризов (у животных)
Накопление сахаров (у растений)
Развитие стелющихся форм
Активные
Смена поз
Выбор мест с оптимальное температурой
Химическая терморегуляция
Потоотделение

Температурные адаптации
Химическая терморегуляция
Физическая терморегуляция
Поведенческая терморегуляция

средних суточных температур воздуха или почвы, превышающий определённый порог: 0,

5, 10 градусов или биологический минимум температуры, необходимой для развития определённого растения

Пшеница — 1200-1700
Ячмень — 960-1450
Овёс — 1000-1600
Просо — 1410-1950
Гречиха — 1200-1400
Кукуруза — 1100-2900
Подсолнечник — 2000-2300
Картофель — 1200—1800.

Потребность некоторых культур в тепле

впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка

о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли.
Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом

поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о

болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (то есть при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчётным спектром её теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.

Объяснение парникового эфффекта

Сванте Аррениус (1959-1927)

Самуэль Ленгли
(1834-1906)

или светолюбивые растения
Сциофиты (от греч. scia — тень), или теневые

растения, не выносят сильного освещения и живут в постоянной тени под пологом леса

Ночные

Дневные

пропорционально накоплению органического вещества. Поэтому анализируя космоснимки можно оценить накопление

биомассы.

ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между темным и

светлым временем суток

Цветение и плодоношение

Перелеты, кочевки, роение

1801 году
Спектр УФ-излучений, которые имеют биологическое значение, диапазонно делятся на

три подраздела по своей проникающей возможности и фотохимической активной деятельности:
— область А (320-400 нм);
— область В (275-320 нм);
— область С (180-275 нм).

На сегодняшний день, в фотобиологии возникла тенденция выделять, так называемый, диапазон экологии (295?400 нм) и УФ-излучение искусственно созданных источников (короче 295 нм).

Вильгельм Риттер

рентгеновское, и короткий ультрафиолет, при взаимодействии с молекулярным кислородом, образуют

озоновый слой на расстоянии от 20 до 30 км от Земли. Озон ведет поглощение всех видов излучений с длинами волн короче 295 нм

УФ-излучение активирует фотохимический синтез витамина D, который является одним из главных регуляторов для обмена кальция и фосфора в человеческом организме

фактор) и как тяжелые металлы (химический фактор)

области физики, сделанным в конце XIX столетия: открытию в 1895

г. немецким физиком В.К. Рентгеном Х-лучей, названных впоследствии его именем; открытию в 1896 г. французским физиком А. Беккерелем естественной радиоактивности и открытию в 1898 г. также французскими физиками супругами М. Склодовской-Кюри и П. Кюри новых радиоактивных элементов полония и радия. Рентгену в 1901 г. была присуждена первая Нобелевская премия по физике, а в 1903 г. этой же премии были удостоены Беккерель и супруги Кюри.

Вильгельм Рентген
1945-1923

уже в 1896 г. провел эксперименты по действию рентгеновских лучей

на лягушек и насекомых, опубликовал работу по исследованию их влияния на «ход жизненных функций»
В ней он показал повреждающую способность рентгеновских лучей и первым высказал предположение о возможности их применения в медицине, что вскоре и подтвердилось.

Иван Рамазович Тарханов (1846–1908)

лучи для терапии рака, были американский врач Дж. Джиллман и

физик Эмиль Груббе. 29 января 1896 г., всего лишь через 23 дня после официального известия об открытии Рентгеном Х-лучей, они использовали их для облучения больной с неоперабельным раком молочной железы. По всей вероятности, эффект лечения оказался положительным, так как Груббе и в дальнейшем продолжал практику рентгенотерапии опухолей. Но и сам он стал жертвой рентгеновских лучей.

Эмиль Груббе
 (1875 —1960)

интересное открытие – явление радиационной стимуляции. Оно было сделано М.

Мальдинеем и К. Тувиненом в 1898 г., показавшими ускорение прорастания семян различных видов растений, облученных невысокими дозами рентгеновских лучей. В последующем была доказана универсальность этого явления – ускорение роста и развития организмов при облучении любого вида растений, животных, микроорганизмов.

Позднее было установлено, что радиостимуляция является частным случаем явления, получившего название гормезис, который состоит в положительной реакции организмов на действие самых различных неблагоприятных факторов окружающей среды (при условии умеренных нагрузок).

Термин радиационный гормезис был предложен в 1980 году Т. Д. Лакки и означает благоприятное воздействие малых доз облучения

лежат два механизма действия радиации: прямое и непрямое, или косвенное.

Под прямым действием ионизирующего излучения понимают изменения, которые возникают в результате поглощения энергии и ионизации внутри самих молекул.
Косвенное действие излучения это такое, при котором молекула получает энергию, приводящую к ее изменениям при взаимодействии с другой молекулой либо продуктами, возникшими в результате прямого действия излучения.
Косвенное действие ионизирующего излучения вызывает изменения молекул в растворе за счет продуктов разложения (радиолиза) воды, а не энергией излучения, поглощенной самими молекулами

Прямое (I) и косвенное (II) действие ионизирующего излучения на клетку: черным кружком обозначена мишень, волнистой стрелкой – диффузия свободных радикалов к молекуле мишени

выдающимся радиобиологом и генетиком Николаем Владимировичем Тимофеевым-Ресовским (1900–1980) и немецкими

физиками К. Циммером и М. Дельбрюком. «Попадание» – это акт взаимодействия кванта или частицы со структурой, «мишень» – структура клетки или ее часть, попадание в которую может привести к повреждению – мутации гена, поломке хромосомы, наконец, гибели клетки.

Принцип попадания и теории мишени

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский

Макс Дельбрюк

Циммер, Карл

радиации. Она базировалась на радиационно-химических исследованиях О. Риссе (1929 г.)

и Г. Фрика (1934 г.), установивших, что при рентгеновском облучении воды и водных растворов в присутствии кислорода происходит их радиолиз с образованием короткоживущих химически активных радикалов, а также перекиси водорода и органических перекисей. Взаимодействие этих продуктов с биологически важными веществами их инактивирует, что может стать причиной их гибели.

оказывает существенное влияние на различные живые организмы, поэтому данный вид

излучения находит применение в медицине, в некоторых отраслях промышленности и сельском хозяйстве. Количество техногенных источников и их мощности уже сейчас позволяют говорить о ЭМИ в СВЧ и КВЧ диапазонах, как о важном техногенном факторе окружающей среды, влияющим на стабильность экосистем.

Сильные электромагнитные поля подавляют развитие организмов.
Заселение стволов деревьев короедами происходит с разной интенсивностью в зависимости от удаления от ЛЭП.
Электромагнитные поля влияют на ориентацию птиц
длительных экспозициях наблюдается угнетение процессов прорастания семян у растений и дальнейшие процессы роста

способствует разносу пыльцы и семян. Ветер переносит мелких животных
На

основах птицы являются либо хорошими летунами, либо вообще утрачивают способность летать
Ветер является фактором миграции некоторых насекомых
Ветер образует буреломы и ветровалы, где развиваются многие насекомые ксилофаги

Ветер

Флаговидная крона сосны

киви

альбатрос

разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития
Абсолютная высота

- высота любой точки земной поверхности над уровнем океана.
Относительная высота - это превышение одной точки земной поверхности над другой.

на растительный покров за счет перераспределения тепла, света и влаги.

В горных системах растительность несравненно богаче и разнообразнее растительности равнин, что обусловлено большим разнообразием почвенно-климатических условий в горах.
Мезорельеф и микрорельеф оказывают влияние на перераспределение тепла и влаги, а также питательных веществ в почве. Происходит увеличение колебания температур, интенсивности заморозков, длительности безморозного периода, что в основном влияет на развитие растений, их численность и особенности пространственного распределения.
От экспозиции склона зависят уровень радиации, зимнее распределение снега и скорость ветра.
От крутизны склона зависит температура почвы и приземного слоя воздуха, толщина снежного покрова, величина суточной амплитуды температуры, мощность почвенного профиля, интенсивность эрозии.

несут на себе растительные группировки, свойственные более северной растительной зоне

(или подзоне), а склоны южной экспозиции — растительные группировки, характерные для более южной растительной зоны (или подзоны).

Василий Васильевич Алехин
1882-1942

это параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе.
Абсолютная влажность

— количество водяного пара, содержащегося в воздухе и выраженное через массу воды на единицу массы воздуха (например, в граммах на килограмм воздуха). Поскольку количество пара, удерживаемое воздухом (при насыщении), зависит от температуры и давления, введено понятие относительной влажности, обозначающее отношение количества имеющегося в воздухе пара к насыщающему количеству пара при данных условиях температуры и давления.
Относительную влажность обычно измеряют, сравнивая температуру на двух термометрах — с влажным и сухим шариком; этот прибор называется психрометром.

почвах и при высокой влажности воздуха. Представителями гигрофитов являются: пушица,

рис, тростник, калужница болотная, многие осоки, папирус и др. Они встречаются во всех климатических зонах.
Гигрофиты имеют приспособления для интенсивной транспирации. У них тонкие листовые пластинки с постоянно открытыми устьицами. У некоторых растений есть специфические водяные устьица. Через них вода выделяется в капельно-жидком состоянии.

У гигрофитов слабо развиты механическая ткань, кутикула и эпидермис. В мезофилле листьев имеются крупные межклетники. У некоторых видов в корнях и стеблях возможно наличие аэренхимы (от греч. aer — воздух, enchyma — ткань) — ткани, запасающей воздух (болотные гигрофиты). Слабо развита корневая система (корни тонкие, часто без корневых волосков). Гигрофиты не способны перенести даже небольшой недостаток влаги в почве и быстро увядают.

Они способны переносить кратковременный недостаток влаги. К ним относится большинство

лиственных древесных растений. Мезофитами являются луговые и многие лесные травы, злаки, сорняки, почти все культурные растения умеренной зоны. Это наиболее распространенная экологическая группа растений.
По сравнению с гигрофитами и ксерофитами мезофиты имеют адаптивные признаки промежуточного характера. У них умеренно развита корневая система. На корнях имеются корневые волоски, в листьях — небольшое количество устьиц. В зависимости от обеспеченности влагой устьица могут в любое время открываться или закрываться.

засушливых местах (степи, пустыни, полупустыни, саванны, высокогорья). Они способны длительно

выдерживать недостаточное увлажнение.
У ксерофитов приспособленность к сухим местообитаниям связана с ограничением затрат воды на транспирацию. У одних представителей она сопровождается активным добыванием воды при ее недостатке в почве. А у других — способностью запасать воду в тканях и органах на время засухи. В зависимости от типа адаптаций выделяют две формы ксерофитов — суккуленты и склерофиты.

своих тканях и органах, а затем экономно ее расходовать. В

зависимости от того, в каких органах запасается вода, различают три типа суккулентов: листовые, стеблевые и корневые.
Листовые суккуленты накапливают воду в мясистых листьях. Из курса географии вы знаете, что листовые суккуленты встречаются в засушливых областях Центральной Америки (агава), Африки (алоэ). В наших широтах их можно встретить на сухих песчаных почвах (очиток, молодило). 
Стеблевые суккуленты имеют сильно развитые водозапасающие ткани в коре и сердцевине стебля. Они широко представлены в американских пустынях (кактусы) и засушливых областях Африки (молочаи). 
Корневые суккуленты запасают воду в тканях подземных частей растений. Растущее в Мексике невысокое дерево сейба мелколистная имеет на корнях вздутия диаметром до 30 см, в которых накапливается вода.

Суккуленты

активно добывать воду при ее недостатке в почве — полынь,

саксаул, бодяк, ковыль, чертополох. Они не запасают влагу на период засухи, а добывают ее и экономно расходуют. Обитают склерофиты преимущественно в степях и пустынях, засушливых местообитаниях умеренной зоны.

кутикулой. Сильное развития механических тканей при водном дефиците у них

не наблюдается увядания.
В силу высокого осмотического давления клеточного сока у склерофитов развивается большая сосущая сила, поэтому их называют «растениями-насосами».
Корни склерофитов уходят глубоко в землю (у верблюжьей колючки длина главного корня достигает 15 м). Некоторые представители образуют разветвленную поверхностную корневую систему (степные злаки).
В периоды засух транспирация уменьшается за счет ряда морфологических адаптаций. Во-первых, у склерофитов мелкие, часто в виде игл или колючек, листья. Они имеют восковой налет или опушение и устьица погруженного типа. Во-вторых, клетки склерофитов способны удерживать воду благодаря высокой вязкости цитоплазмы.

(Elodea canadensis);
свободно плавают на поверхности воды: ряска малая (Lemna minor)

и трёхдольная (Lemna trisulca), водокрас лягушачий (Hydrocharis morsus-ranae);
плавающие на поверхности воды листья, но их корневище прикреплено ко дну: кубышка жёлтая (Nuphar lutea), кувшинка чистобелая (Nymphaea Candida)

Гидатофиты

Гидатофиты – водные растения целиком или полностью погруженные в воду

(Sagittaria sagittifolia), камыш озёрный (Scirpus lacustris). При высыхании водоема могут расти вне

воды.

Камыш озёрный

Горец земноводный

Рогоз широколистный

восполняющие дефицит влаги в организме. Например, млекопитающие пьют воду, земноводные

поглощают ее кожными покровами. Мелкие животные пустынь (грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) добывают воду, поедая растения с сочными побегами.
К морфологическим адаптациям относятся приспособления, задерживающие воду в теле животных. Насекомые и паукообразные имеют многослойную хитинизированную кутикулу. У пресмыкающихся есть роговой покров тела (роговые чешуи и пластинки). У наземных моллюсков — раковины. У птиц тело покрыто перьями, а у млекопитающих — шерстью.
Поведенческие адаптации заключаются в том, что большинство животных активны в поисках воды. Они периодически посещают места водопоя. Порой им приходится мигрировать на сухой период в районы с большей влажностью. Способность совершать далекие миграции к водопою характерна для антилоп, сайгаков, куланов. Некоторые животные в сухой период переходят на ночной образ жизни или впадают в летнюю спячку (суслики, сурки, черепахи).