Понятие о среде обитания

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда обитания — это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Любое живое существо живет в сложном, постоянно меняющемся мире, приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Живые организмы существуют как открытые, подвижные системы, устойчивые при притоке к ним энергии и информации из окружающей среды.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные сферы обитания, каждая из которых отличается совокупностью специфических факторов и элементов, воздействующих на организм.

Жизнь возникла и распространилась в водной среде. Впоследствии, с появлением фотосинтеза, а следовательно, и свободного кислорода, сначала в воде, а затем и в атмосфере живые организмы «вышли» на сушу. Затем они овладели воздушной средой, заселили почву.

С появлением биосферы как целостной оболочки Земли, населенной живыми организмами, она стала еще одной средой с определенным сочетанием специфических — биотических факторов, воздействующих на каждый организм.

Процесс приспособления организмов к воздействию факторов окружающей среды называется адаптацией. Способность к адаптации — одно из важнейших свойств живого. Выживают только организмы, приобретающие в процессе эволюции признаки, полезные для жизни. Эти признаки закрепляются в поколениях благодаря способности организмов к размножению.

Адаптация к факторам среды проявляется на разных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, популяционно-видовом, биоценотическом и глобальном, т. е. на уровне биосферы в целом.

Адаптация — это процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) к меняющимся условиям среды.

С течением времени любые условия существования изменяются в разной степени. Выделяют три основных типа изменений среды обитания:

¦ циклические изменения, периодически повторяющиеся; например, при смене времен года, приливах и отливах, поочередном наступлении темного и светлого времени суток;

¦ направленные изменения, при которых изменения остаются стабильно однонаправленными в течение времени, иногда превышающего по продолжительности жизненный цикл организмов; примером может служить прогрессирующая эрозия берегов, накопление донных осадков;

¦ хаотические изменения с отсутствием определенного направления, аритмические изменения; например, непредсказуемо возникающие циклоны, шквалы, ураганы, пожары, наводнения.

В любом случае организмы отвечают изменениями на изменение условий или реагируют на какой-то сигнальный фактор, предвосхищающий изменение условий.

Во всем разнообразии приспособления живых организмов к неблагоприятным условиям можно выделить следующие основные способы.

Активный путь — это усиление сопротивляемости, активизация регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все физиологические функции, несмотря па отклонение каких-то факторов от оптимальных величин. Например, по отношению к температуре этот путь более развит у гомойотермных (теплокровных) животных по сравнению с пойкилотермными (холоднокровными).

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, при недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности, снижению уровня обмена веществ, более экономному расходованию энергии. Компенсаторно повышается устойчивость клеток и тканей организма. Пассивный путь адаптации свойственен всем растениям и холоднокровным животным. Среди млекопитающих и птиц пассивные приспособления в неблагоприятные периоды года используют виды, впадающие в оцепенение, спячку, зимний сон. Это выражается в некотором понижении температуры тела,

снижении уровня обмена веществ, замедлении темпов роста и развития, что позволяет более экономно тратить ресурсы. Пассивное подчинение водному режиму среды свойственно растениям и животным, способным выносить высыхание: напочвенным водорослям, лишайникам, нематодам и т. д.

Избегание неблагоприятных воздействий — это общий путь для всех групп организмов, заключающийся в выработке таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года. Для животных основным способом избегания неблагоприятных факторов являются формы поведения. У растений экологическим аналогом поведения животных является изменение процессов роста; например, карликовость тундровых растений помогает использовать тепло приземного слоя. Избегание, уход от действия неблагоприятных факторов свойственен организмам при активном и при пассивном пути адаптации к среде. Чаще всего приспособление к изменениям среды осуществляется сочетанием всех возможных путей адаптации.

Степень приспособляемости живых организмов к меняющимся условиям среды характеризуется величиной экологической валентности. Экологическая валентность определяет способность вида осваивать разные среды обитания. Количественно экологическая валентность выражается диапазоном изменений среды, в которых вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Экологическая валентность может рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов. Виды с широкой экологической валентностью (эвритопные) способны заселять разные среды обитания и переносить значительные отклонения факторов от оптимальных величин. Такие виды легче расселяются на территории, выживают и размножаются в различных условиях, чаще всего имеют большую область распространения.

Виды с низкой экологической валентностью (стенотопные) способны выносить лишь небольшие отклонения экологических факторов от оптимальных величин. Соответственно, они труднее осваивают среду и имеют обычно меньшее распространение.

Среду обитания формируют факторы, которые называются экологическими.

Экологический фактор — это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы — это всевозможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов — растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Например, растения выделяют кислород, необходимый для дыхания животных, а животные обеспечивают поступление в атмосферу углекислого газа, без которого растения не могут осуществлять фотосинтез. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей среды, например, изменение состава почвы под влиянием бактерий или изменение микроклимата в лесу. Окружающий органический мир — составная часть среды обитания для каждого живого существа.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций, биоценозов и биосферы в целом.

Абиотические факторы — это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности и др.).

Важнейшим абиотическим фактором является солнечное излучение, порождающее фотосинтез, создание биомассы растениями, от наличия которой зависит жизнь на Земле.

Вода также является важнейшим абиотическим фактором. Для нормальной жизнедеятельности растений и животных должен постоянно поддерживаться баланс между потреблением воды и ее испарением.

Антропогенные факторы определяются активным воздействием человека на природу.

Деятельность человека может оказывать на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и т. д. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве, некоторые факторы среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов — температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха — очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы. К первичным относят температуру, изменение положения Земли по отношению к Солнцу. Благодаря им в эволюции возникли суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров. Непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы — извержение вулканов, ураган, удар молнии, наводнение и др.

Любая особь, популяция, сообщество испытывают на себе действие многих факторов. Каждый экологический фактор оказывает на организм определенное воздействие. Это могут быть раздражающие воздействия, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биологических функций; ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов.

Но лишь некоторые из экологических факторов являются жизненно важными. Такие факторы называются лимитирующими или ограничивающими. Отсутствие этих факторов или их концентрация выше или ниже критических уровней делает невозможным освоение среды особями определенного вида. Ограничивающие факторы определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение растений на север ограничивается недостатком тепла, продвижение растений на юг — недостатком влаги. Ограничивающими могут быть и биотические факторы, например занятость территории более сильным конкурентом или отсутствие опылителей растений.

В соответствии с этим для каждого биологического вида существуют оптимум фактора (величина, наиболее благоприятная для развития и существования) и пределы выносливости.

Величина экологического фактора, наиболее благоприятная для существования и развития вида, называется оптимумом.

Как недостаточное, так и избыточное значение фактора сказывается на жизнедеятельности особей. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы. Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых невозможно существование вида.

Виды, переживающие значительные отклонения факторов от оптимальной величины, называются широкоприспособленными, или эвритопными. Виды, переживающие лишь незначительные отклонения экологических факторов от оптимальной величины, называются узкоприспособленными, или стенотопными.

Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется, как мы уже говорили, величиной экологической валентности. Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции. График, иллюстрирующий способность видов к выживаемости, приведен на рис. 1.2.

Степень выносливости, критические точки, зона оптимума не совпадают для отдельных особей даже одного вида. Это определяется изменчивостью (наследственной и модификационной), половыми, возрастными и физиологическими различиями особей, т. е. экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности особей.

Степень выносливости к какому-либо фактору не совпадает с экологической валентностью вида к другим факторам. Например, виды, переживающие значительные колебания температуры, могут оказаться не приспособленными к широким изменениям влажности или химического состава среды.

Рис. 1.2. Выживаемость видов в зависимости от действия экологического фактора.

Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к одному фактору среды могут изменяться в зависимости от силы воздействия совокупности других факторов. Эта закономерность получила название закон взаимодействия факторов. Например, жара легче переносится при низкой влажности воздуха, низкие температуры — в безветренную, сухую погоду и т. д.

Человек в окружающей среде, с одной стороны, является объектом воздействия экологических факторов, с другой — сам оказывает воздействие на среду. С этой точки зрения для человека и человечества в целом имеют место принципиальные особенности взаимоотношений со средой обитания и биосферой в целом.

Главная черта человека как своего рода экологического фактора заключается в осознанности, целенаправленности и массированности воздействия на природу.

Любой биологический вид имеет ограниченные энергетические ресурсы, что, в свою очередь, ограничивает его воздействие на среду. Например, зеленые растения — продуценты используют энергию Солнца, консументы — часть энергии органических веществ, образуемых организмами предшествующего трофического уровня. Человечество в процессе трудовой и интеллектуальной деятельности расширяет свои возможности потребления энергии, вплоть до использования ядерных и термоядерных реакций. Это позволяет человечеству преодолеть естественные ограничения роста его численности.

Прирост народонаселения, а вместе с тем его энергообеспеченности, технической вооруженности создает предпосылки для заселения любых экологических ниш. Человечество представляет собой единственный на Земле вид со всесветным распространением. Это превращает человека в экологический фактор с глобальным воздействием на биосферу. Особенностью человека как экологического фактора является также активный, творческий характер его деятельности. Энергия, которую использует человек, обращается на изменение среды обитания. Экологический оптимум человека как существа биологического ограничен, в связи с чем возможность существования в различных средах обитания достигается не путем изменения собственных биологических возможностей, а путем изменения окружающей среды.

Человек в результате трудовой деятельности создает вокруг себя искусственную среду обитания. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, доминирующим экологическим фактором, в которых является человек. В результате человеческой деятельности происходят изменения физической среды — газового состава воздуха, качества воды и пищи, климата, потока солнечной энергии и других факторов, которые отражаются на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся экстремальных условиях затрачивается много сил и средств на искусственное создание и поддержание оптимальных условий среды. Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются не биологическими потребностями человека, а непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Например, строительная и горнодобывающая техника ежегодно перемещает на поверхность Земли больше материала, чем сносится в море всеми реками мира в результате водной эрозии.

В. И. Вернадский в первой половине XX в. предсказывал превращение биосферы в ноосферу — сферу разума. Определяя сегодняшний этап в развитии биосферы и человеческого общества, можно сказать, что технологические и антропогенные процессы играют все возрастающую роль.

В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции. Для вскрытия и понимания этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Стратегию такого вмешательства может определить экология, опирающаяся на достижения естественных и социальных наук. Отсутствие глубоких экологических знаний и понимания экологических закономерностей взаимодействия человеческой цивилизации и природной среды характерны для такого понятия, как экологический волюнтаризм.

Экологический волюнтаризм — это результат отсутствия экологического мышления, который отрицая необходимость учета эколого-экономичсских ограничений в развитии хозяйства, приводит к локальным, региональным, а затем и глобальным экологическим кризисам типа усыхания Аральского моря, нарушения экологического равновесия в некоторых регионах, деградации черноземов, расширении «озоновых дыр» .

Понимание глубинных процессов воздействия на природу, прогнозирование «обратных связей», планирование и установление оптимальной нагрузки на окружающую среду со стороны хозяйственной деятельности, соблюдение принципа сохранения окружающей среды, укладываются в концепцию экологического реализма.