Закон оптимума

1. Закон оптимума

выражается в том, что любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы.

Сила воздействия экологических  факторов постоянно меняется. Лишь в определенных местах планеты значения некоторых из них более или  менее постоянны (константны). Например: на дне океанов, в глубинах пещер  сравнительно постоянны температурный  и водный режимы, режим освещения.

Рассмотри действие закона оптимума на конкретном примере: животные и растения плохо переносят и  сильную жару, и сильные морозы, оптимальными для них являются средниетемпературы - так называемая зона оптимума. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем в большей степени данный экологический фактор угнетает жизнедеятельность организма. Эта зона носит название зоны пессимума. В ней имеются критические точки - "максимальное значение фактора" и "минимальное значение фактора"; за их пределами наступает гибель организмов.Расстояние между минимальным и максимальным значениями фактора называют экологической валентностью или толерантностью организма (рис. 3).

Рис. 3. Схема действия факторов среды на живые организмы.

Пример проявления данного  закона: яйца аскарид развиваются  при  , а оптимальной для их развития является  . То есть экологическая толерантность аскарид по температурному режиму составляет от   до  .

По характеру толерантности  выделяют следующие виды:

эврибионтные - имеющие широкую экологическую валентность по отношению к абиотическим факторам среды; делятся на эвритермные (выносящие значительные колебания температур),эврибатные (выносящие широкий диапазон показателей давления), эвригалинные (выносящие разную степень засоленности среды).

стенобионтные - неспособные переносить значительные колебания фактора (например, стенотермными являются белые медведи, ластоногие млекопитающие, обитающие при низком температурном режиме).

3. Закон ограничивающего  (лимитирующего) фактора

гласит, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Закон был установлен в 1905 г. английским ученым Блеккером.

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного  в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение  жизни особи видов встречаются  с самыми разными ограничениями  своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя  овощных и зерновых культур) - зимняя температура и т. д.

Это закон учитывается  в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Ю. Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в  почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20% от необходимой  нормы, а кальция - 50% от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

Это правило Ю. Либих назвал "правилом минимума", так как  изучал влияние недостаточных доз  удобрений. Позднее выяснилось, что  избыток минеральных солей в  почве тоже снижает урожайность, так как при этом нарушается способность  корней всасывать растворы солей.

Рис. 4. Иллюстрация экологической  индивидуальности различных видов  по отношению к температурным  показателям.

 

 

Закон оптимума (в экологии) — любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.

Результаты действия переменного  фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.

Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение.

Минимально и  максимально переносимые значения фактора — это критические точки, за которыми организм гибнет.

Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в  которых возможно существование  видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели — рыбы, иглокожие, ракообразные — не переносят колебания температуры даже в пределах 2-3 °С. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Виды с узким диапазоном выносливости называют стенобионтами, а с широким — эврибионтами. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например, стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.

Источник

Предмет и задачи экологии

 Экология (от греч. óikos — «жилище», «местопребывание», «убежище» и logos — «наука») — это наука, изучающая организацию и функционирование организмов и надорганизменных систем различных уровней (популяций, биоценозов, экосистем и биосферы в целом). Экологию также определяют как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой.

 
Экология тесно связана с теорией  эволюции. Благодаря естественному  отбору в процессе исторического  развития органического мира оставались лишь те виды, популяции и биоценозы, которые в борьбе за существование  выживали и приспосабливались к  изменяющейся окружающей среде. Экология также связана с такими биологическими дисциплинами, как ботаника (экология растений), зоология (экология животных), генетика, этология (наука о поведении животных), физиология и др.

 

Вместе с тем, понятие  «экология» в настоящее время  трактуется более широко. Оно охватывает все стороны жизни человека, его  физический и духовный мир: иными  словами, это уже не просто наука, а мировоззрение. В последние  годы крайне усиливается социальный аспект в определении экологии, и  её трактуют как совокупность научных  и практических проблем взаимодействия человека и природной среды.

Рис. 2. Эрнст Геккель (1834 — 1919)

Термин «экология» предложен немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем в работах «Всеобщая морфология организмов» (1866 г.) и «Естественная история миротворения» (1868 г.) для обозначения «общей науки об отношениях организмов к окружающей среде».

Предыстория экологии как  науки восходит к трудам многих естествоиспытателей XVIII — XIX вв. (К. Линней, Ж.Б. Ламарк, Ж. Бюффон, Э.Ж. Сент-Илер, А. Гумбольдт, Ч. Дарвин, К.Ф. Рулье, Н.А Северцов и многие другие), которые полагали, что не только строение и развитие организмов, но и их взаимоотношения со средой обитания подчинены определённым закономерностям.

 

Все разделы биологии изучают  жизнь на молекулярном, клеточном  или организменном уровнях, так  как индивидуум является самой крупной  единицей исследования. Однако имеются  и более сложные формы организации  живого. Группы сходных индивидуумов одного вида объединяются в популяции, популяции различных видов растений и животных объединяются всообщества, которые в свою очередь образуют с неживой природой биогеоценозы (экосистемы) и в целом биосферу нашей планеты.

 
Следовательно, современная экология изучает жизнь, интегрированную  в биологические системы более  высокого ранга, чем организм. Этим экология отличается от других областей биологии, которые она обогащает, но ни в коем случае не растворяется в них и не исчезает как самостоятельная наука.

 
Экология исследует три основных уровня организации живой материи: отдельные особи, популяции и  сообщества. В зависимости от изучаемого уровня меняются и задачи экологии.

 
 Предметом исследования экологии являются биологические  макросистемы: популяции, сообщества, экосистемы и их динамика во времени  и пространстве.

 
Из объекта и предмета экологии вытекают и основные её задачи: изучение динамики популяций и экосистем  во времени и пространстве. Главная  теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы  управлять ими в условиях всё  возрастающего влияния человека на окружающую среду. Экология изучает  принципы и законы, определяющие временные  и пространственные типы объединения  организмов, потоки вещества и энергии  через отдельные трофические  уровни, закономерности функционирования экосистем и биосферы в целом.

Разделы экологии. Методы исследования.

Разделы экологии

На современном уровне развития общества экология превратилась в одну из ведущих биологических  наук. Это в значительной степени  обусловлено тем, что решение  проблем, связанных с рациональным использованием природных ресурсов биосферы, возможно только с экологических  позиций.

 

 
1. Аутэкология (греч. autos — «сам») — раздел экологии, изучающий действие различных факторов среды на отдельных особей.

2. Популяционная экология — раздел экологии, изучающий пространственную структуру и динамику (изменения) численности популяций.

3. Синэкология (греч. syn — «вместе» и koinos — «общий») — раздел экологии, исследующий видовой состав сообществ, их пространственную структуру и изменение во времени.

 

Методы исследования

 
1. Полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной среде обитания. Именно при помощи полевых методов можно установить результаты влияния на организм конкретного комплекса факторов окружающей среды, выявить общую картину развития вида в определённых условиях.

2. Метод эксперимента. Главной его задачей является выяснение (путём наблюдения) причин существующих природе взаимоотношений. Путём эксперимента (опыт сравнивается с контролем) вычленяется и анализируется роль отдельных факторов при постоянстве всех остальных.

3. Метод моделирования биологических явлений. Методы математического моделирования используются для экологического прогнозирования. Поскольку в условиях научно-технического прогресса воздействие человека на окружающую среду неизбежно, составление экологического прогноза необходимо. Это сложная и ответственная задача, решить которую невозможно без многостороннего математического анализа всех аспектов взаимоотношений живых организмов с многочисленными факторами внешней среды. Управление экосистемами на основе точно составленных прогнозов — задача будущего.

Экологические факторы

Экологические факторы — это факторы среды, которые воздействуют на организм.

Среда обитания — это всё то, что окружает живой организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, выживаемость, размножение и т.д.

Условия существования, или условия жизни, — совокупность необходимых для жизни элементов, т.е. комплекс экологических факторов, без которых организм не может существовать.

 
Все приспособления к существованию  организмов в различных условиях выработались у них исторически. В результате этого сложного и  длительного процесса сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

 
Среда обитания:

а) водная (кит);

б) воздушная (стриж);

в) подземная (крот);

г) наземная (заяц).

 

Рис. 3. Кит Рис. 5. Крот

 
 

Рис. 4. Стриж Рис. 6. Заяц

Закономерности воздействия  абиотических факторов на организмы

Экологические факторы чрезвычайно  разнообразны, и каждый вид, испытывая  их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее, есть общие законы, которым подчиняются ответные реакции  организмов на любой фактор среды.

Главный из них — закон оптимума: любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.

 

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума отражает диапазон влияния каждого фактора на жизнеспособность организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора.

 
В центре под кривой — зона оптимума. При оптимальных значениях фактора  организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется  значение фактора вправо или влево, т.е. в сторону уменьшения или  увеличения силы действия, тем менее  благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая их жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны  от оптимума. Здесь располагаются  две зоны пессимума. При пересечении  кривой с горизонтальной осью находятся  две критические точки. Это такие  значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называются экстремальными.