Закономерности действия экологических факторов

Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, существует общий характер их воздействия на организм.

При небольших значениях или при чрезмерном воздействии фактора жизненная активность организма заметно угнетается. Каждая живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определенной области значений какого-либо из существенных факторов среды. Для нормального функционирования наземных животных и человека существуют и нижние, и верхние пределы температуры, освещенности, концентрации кислорода в воздухе, влажности, атмосферного давления и т.п.

Область количественных знаний какого-либо фактора среды, в пределах которой могут существовать представители данного вида или популяции организмов, называют диапазоном выживания или зоной толерантности (от лат. толеранция – терпение, выносливость). Наиболее эффективно действие фактора не при минимальных или максимальных его значениях, а при некотором его значении, оптимальном для данного организма. Зона толерантности экологического фактора ограничена соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума) данного фактора, при которых возможно существование организма (рис. 3.2.).

Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора – это точка оптимума. Так как определить оптимальное значение фактора с высокой точностью бывает трудно, говорят о диапазоне значений последнего – о зоне оптимума или зоне комфорта. Таким образом, три точки (оптимума, минимума и максимума) составляют три кардинальные точки, которые определяют возможные реакции организма на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при недостатке или избытке фактора, называют зонами пессимума. Рядом с критическими точками лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности – летальные значения фактора, при которых наступает гибель организма.

Условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, в экологии часто называют экстремальными.

Рис. 3.2. Общая схема действия экологического фактора на живой организм:

1- точка минимума; 2 – точка оптимума; 3 – точка максимума

Рассмотренные выше закономерности воздействия экологических факторов на живые организмы и характер ответных реакций последних известны как правило оптимума: для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения экологического фактора.

Чем больше отклоняется значение фактора от оптимального значения, тем менее благоприятно это для организмов. При приближении к экстремальным значениям фактора возрастает вероятность нарушений отдельных функций и нормальной жизнедеятельности в целом, что приводит к увеличению физиологического напряжения – состоянию стресса.

Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Положение, ширина диапазона выживания и характер изменения функций отклика в его пределах определяются генетически обусловленной нормой реакции организма на действие данного фактора и обладают видовой специфичностью. Норма реакции, как и характеристики диапазона выживания зависят от возраста, пола, фазы развития и различны для разных форм жизнедеятельности и физиологических процессов. Так, пределы температуры, влажности, концентрации веществ различны для корней и кроны одного и того же дерева.

В природных условиях организм подвержен одновременному воздействию многочисленных факторов, закономерности которого определяются правилом взаимодействия факторов. Сущность этого правила заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Известно, что низкие температуры легче переносить в сухую и безветренную погоду. Поэтому морозы в Сибири переносятся легче, чем в Санкт-Петербурге или на востоке Украины, поскольку в Санкт-Петербурге высокая влажность а в Украине мороз сопровождается сильными ветрами. Высокая температура также легче переносится при пониженной влажности воздуха. Известно, что недостаток света для фотосинтеза растений может компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе, а действие повышенной кислотности почвы отчасти нейтрализуется благоприятными окислительно-восстановительными условиями. Диаграмма выживания для одного фактора всегда изменяется под вилянием другого фактора. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Возникает вопрос, как определить степень благополучия вида, если на него действует сразу несколько факторов и какой из них следует считать главным?

Решение этих вопросов рассматривается в рамках важнейших законов экологии – законов минимума и толерантности.