Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие.

Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для организма или определённой стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность организма. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толерация – терпение). Организмы с широкой амплитудой устойчивости относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий, биос – жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос – узкий). Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если существуют в условиях всего спектра факторов с оптимальными значениями.

Правило взаимодействия факторов . Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений – компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов.

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания и т.п.).

МБОУ « Шумячская СШ им. В.Ф.Алешина»

Итоговый проект на тему: «Закономерности взаимоотношений организмов и среды».

Работу выполнил:

ученик 9 класса «А»

Сидоренков Егор

Учитель: Василенкова

Ольга Владимировна

пгт. Шумячи

Паспорт проекта

Название проекта	Закономерности взаимоотношений организмов и среды.
Образовательная организация	МБОУ «Шумячская СШ им. В.Ф.Алешина»
Разработчики	Учитель биологии МБОУ «Шумячская СШ им. В.Ф.Алешина»-Василенкова О.В. Ученик 9 «А» класса МБОУ «Шумячская СШ им. В.Ф.Алешина»-Сидоренков Егор
Актуальность	В настоящее время большое внимание уделяется сохранению здоровья школьников. Одной из проблем является, по нашему убеждению, отсутствие у детей осознанного отношения к своему здоровью. Мы считаем, что главное - помочь школьникам выработать собственные жизненные ориентиры в выборе здорового образа жизни, научить оценивать свои физические возможности, видеть перспективы их развития, осознать ответственность за свое здоровье.
Цель проекта	Изучение влияния древесных пород на воздушную среду и здоровье учащихся.
Задачи проекта
Методы	анализ литературы, метод практических действий, индивидуальная работа.
Этапы работы над проектом	Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе я изучил проблему, определил цель и задачи теоретической и экспериментальной работы, отобрал наиболее оптимальные диагностические способы оценки здоровья. На втором этапе на основе данных медицинского работника школы, изучил состояние здоровья учащихся по видам заболеваний и уровень физической подготовленности по отношению к группе здоровья. На третьем этапе исследования обработал данные, обобщил результаты и сделал выводы.
Реализация проекта	Для реализации проекта были определены следующие направления: повышение уровня профессиональной компетентности педагогов, взаимодействие с родителями. Данный проект реализуется посредством внедрения в работу проектного метода обучения.
Предполагаемые результаты
Продукты проекта	Исследовательская работа, сопровождающаяся презентацией.
Приложение	Фотографии.

Пояснительная записка

В настоящее время большое внимание уделяется сохранению здоровья школьников. Правительством Российской Федерации разработана и утверждена Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа». Одним из направлений работы является сохранение и укрепление здоровья детей.

Концепция школьного образования гласит, в школьном возрасте закладывается фундамент здоровья, происходит созревание и совершенствование жизненных систем и функций организма, повышается устойчивость к внешним воздействиям, формируются движения, осанка, приобретаются привычки.представления, черты характера, без которых невозможен здоровый образ жизни.

Значимость данной проблемы рассматривается и в Федеральной программе развития образования, Концепции модернизации образования, в Конвенции о правах ребенка. В Законе «Об образовании» статья 51 п.1 говорится, что образовательное учреждение создает условия, гарантирующие охрану и укрепление здоровья воспитанников.

Одной из проблем является, по нашему убеждению, отсутствие у детей осознанного отношения к своему здоровью. Мы считаем, что главное - помочь школьникам выработать собственные жизненные ориентиры в выборе здорового образа жизни, научить оценивать свои физические возможности, видеть перспективы их развития, осознать ответственность за свое здоровье.

В современномшкольном учреждении необходим поиск новых подходов к оздоровлению детей, базирующихся на мониторинге состояния здоровья каждого ребёнка, учёте и использовании особенностей его организма, индивидуализации оздоровительных мероприятий, создании определённых условий.

Одним из перспективных методов, способствующих решению этой проблемы, является метод проектной деятельности. Основываясь на личностно-ориентированном подходе к обучению и воспитанию, он развивает познавательный интерес, любознательность к различным областям знаний, формирует навыки сотрудничества, практические умения. В проекте можно объединить содержание образования из различных областей знаний, кроме того, открываются большие возможности в организации совместной познавательно-поисковой деятельности школьников, педагогов и родителей.

Школьники испытывают потребность в общении с природой. Они учатся любить ее, наблюдать, сопереживать, понимать, что наша Земля не может существовать без растений, так как они не только помогают нам дышать, но и лечат от разных болезней. Мы должны беречь и сохранять их, уметь правильно пользоваться их лечебными свойствами.

Формируя гуманное отношение к природе, необходимо, чтобы школьник понял, что человек и природа взаимосвязаны, поэтому забота о природе, есть забота о человеке, его будущем.

Гипотеза: Эффективность формирования основ здорового образа жизни у школьников обеспечивается следующими педагогическими условиями: информацией об основах здорового образа жизни; обогащение предметно-пространственной среды путем подбора целебных растений для арома и фитотерапии;

Обоснование актуальности проекта

Чтобы активно влиять на позицию ребенка по отношению к собственному здоровью, необходимо знать, прежде всего, что сам термин «здоровье» определяется неоднозначно.

Понятие “здоровье” имеет множество определений. Но самым популярным, и, пожалуй, наиболее емким следует признать определение, данное Всемирной организацией здравоохранения: “Здоровье - это состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не просто отсутствие болезней или физических дефектов”.

Предполагаемые результаты

Развитие исследовательских умений и навыков;

Формирование у детей осознанного отношения к своему здоровью;

Обогащение предметно-пространственной среды путем подбора целебных растений для арома и фитотерапии;

Цели:

Формирование у детей осознанного отношения к своему здоровью и обеспечение максимальной активности детей в процессе познания мира.

Изучение влияния древесных пород на воздушную среду и здоровье учащихся.

Задачи:

Привлечь внимание к проблеме формирования у учащихся культуры сохранения собственного здоровья.

Изучить вопрос влияния древесных пород на воздушную среду, опираясь на научную литературу; фитонцидные свойства древесных пород.

Осуществить отбор древесных пород, исходя из их фитонцидных

	Введение
	Литературный обзор
	География Шумячского района
	Результаты исследования
	Изучение планировки пришкольной территории
	Изучение видового состава древесных пород
	Изучение зеленой защитной полосы пришкольного участка
	Санитарно – гигиеническая оценка древесных пород
	Изучение лечебного действия деревьев и кустарников
	Анализ состояния здоровья учащихся школы
	Школьные болезни
	Группы здоровья
	Диагностика здоровья учащихся в режиме школы
	Диагностика больных учащихся в режиме школы
	Выводы и заключение
	Список литературы
	Приложение

1. Введение

Вопросам климата пришкольной территории (участка) в последние годы уделяется большое внимание, поскольку состояние учебных, воспитательно - образовательных, общественных и других типов учреждений напрямую связано со здоровьем человека.

Создание ограждений, визуально расширяющего границы участка и создающего эффект уединения является создание насаждений из деревьев и кустарников.

Характеризуя полезные функции насаждений, можно отметить их существенную роль в защите территории от пыли, вредных для человека газообразных соединений. Насаждения в значительной степени снижают концентрацию вредных газообразных веществ в атмосфере. В этом отношении эффективны кустарники, а именно кизильник, боярышник, калина, из деревьев – тополь. Это растения, имеющие опушенные или выделяющие клейкие вещества листья.

Всему растительному миру присущи фитонцидные свойства, однако степень антимикробной активности летучих выделений тех или иных видов различна. Так, фитонциды убивают вредные микроорганизмы у черемухи обыкновенной – за 15 минут, лимонного дерева – за 5 минут, у черной смородины – за 10 минут, но стоит помнить, что в воздухе микробы не размножаются, но могут сохранять свою жизнеспособность и болезнетворные свойства длительное время.

Актуальность проекта: в настоящее время большое внимание уделяется сохранению здоровья школьников. Одной из проблем является, по нашему убеждению, отсутствие у детей осознанного отношения к своему здоровью. Мы считаем, что главное - помочь школьникам выработать собственные жизненные ориентиры в выборе здорового образа жизни, научить оценивать свои физические возможности, видеть перспективы их развития, осознать ответственность за свое здоровье.

Одним из перспективных методов, способствующих решению этой проблемы, является метод проект­ной деятельности.

Фитонциды убивают вредные микроорганизмы - это способствует улучшению здоровья человека.

Объектом исследования стала воздушная среда пришкольного участка и состояние здоровья учащихся школы.

Цель исследования:

- изучение влияния древесных пород на воздушную среду и здоровье учащихся.

Формирование у детей осознанного отношения к своему здоровью и обеспечение максимальной активности детей в процессе познания мира.

Задачи:

Привлечь внимание к проблеме формирования у учащихся культуры сохранения собственного здоровья.

Изучить вопрос влияния древесных пород на воздушную среду, опираясь на научную литературу; фитонцидные свойства древесных пород.

Осуществить отбор древесных пород, исходя из их фитонцидных свойств.

Методы исследования:

анализ литературы,

объяснительно-иллюстративный метод,

метод практических действий,

индивидуальная работа.

Методика исследования:

Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе я изучил проблему, определил цель и задачи теоретической и экспериментальной работы, отобрал наиболее оптимальные диагностические способы оценки здоровья.

На втором этапе на основе данных медицинского работника школы, изучил состояние здоровья учащихся по видам заболеваний и уровень физической подготовленности по отношению к группе здоровья.

На третьем этапе исследования обработал данные, обобщил результаты и сделал выводы.

2.Литературный обзор

В этом проекте были использованы книги не только непосредственно по данной теме, но и дополнительные книги по географическому положению объекта исследования, природным условиям на данной территории.

Разные книги содержат различную информацию: одни делают упор на местообитания и область определения растений, другие – на биологические особенности вида. Поэтому в проекте я не выделял какую-либо одну книгу, на которую опиралась и полностью основывалась на ней; все имеющиеся книги были одинаково полезны.

В целом все книги помогли мне правильно исследовать территорию окрестностей школы. На основе данных из многих книг я смог правильно сформулировать цель и задачи исследования, а также четко сделать вывод.

3. География Шумячского района

Растительность

Климат

Климат умеренно-континентальный. Средняя температура января −9 C, июля +17 C. Относится к избыточно увлажняемым территориям, осадков от 630 до 730 мм в год, больше в северо-западной части - где чаще проходят циклоны, максимум летом . Среднегодовое количество дней с осадками от 170 до 190. Вегетационный период 129-143 дня. Период с положительной среднесуточной температурой воздуха продолжается 213-224 дня. Средняя продолжительность безморозного периода 125-148 дней. Для района характерна значительная изменчивость циркуляции атмосферы в течение года, что приводит к весьма заметным отклонениям температуры и осадков. Распределение осадков в течение года также неравномерно. Наибольшее количество их выпадает летом (порядка 225-250 мм). За год в целом преобладают ветры западного, юго-западного и южного направлений. Также Шумячский район характеризуется высокой облачностью (наибольшее количество ясных дней весной - до 10%)

Почвы

Преобладающими типами почв являются дерново-подзолистые (78 % площади) и супесчаные. Реже встречаются типичные подзолы , дерновые, различные виды болотных и пойменных почв. Отмечается низкое содержание гумуса и деградация плодородия, а в результате прекращения мелиорации местами развивается водная эрозия почв.

4.Результаты исследований

4.1. Изучение планировки пришкольной территории

Школа является многофункциональным учреждением. В течение учебного года учащиеся не только обучаются, а также отдыхают, занимаются спортом и гуляют на территории пришкольного участка. Поэтому каждому ребенку на территории должно быть не только комфортно, но и безопасно.

Для этого была проведена оценка пришкольной территории по наличию и расположению рядом с ней основных функциональных зон.

Таблица №1

Оценка пришкольной территории по наличию и расположению рядом с ней основных функциональных зон

Измерения		Результаты
Расстояние от границ школы до предприятий быта, промышленного предприятия	не менее 50	Рядом со школой отсутствуют промышленные предприятия.
Расстояние до ближайшего жилого дома	не менее 10
Расстояние от школы до дороги с нерегулярным движением автотранспорта
Расстояние от школы до дороги с регулярным движением автотранспорта

Вывод: в расположении основных функциональных зон выдержаны все санитарно-гигиенические нормы.

4.2. Изучение видового состава древесных пород на территории пришкольного участка МБОУ « Шумячская СШ им. В.Ф. Алешина»

Был определен основной видовой состав деревьев и кустарников. Всего 17 видов деревьев и 2 вида кустарников.

По результатам исследования было выяснено, что на территории пришкольного участка встречаются древесные породы, обладающие фитонцидными свойствами (береза, липа, рябина, сирень и т.д.) и они размещены со стороны автодороги, защищая школу от копоти, пыли и вредных микроорганизмов.

Вывод : большая часть древесных пород правильно высажена на территории участка с учетом главной цели защиты детей от пыли и вредных микроорганизмов.

4.3. Изучение зеленой защитной полосы пришкольного участка

Озелененную часть пришкольной территории не зря называют «зеленой защитной полосой» Она выполняет функции защиты школьного здания от шума, пыли, нормализует состав воздуха. Поэтому с помощью рулетки были произведены замеры основных показателей, характеризующих зеленую защитную зону, и получены следующие данные

Таблица №2

Зеленая защитная полоса пришкольного участка

Измерения	Санитарно-гигиенические нормы, м	Полученные результаты
Ширина защитной полосы из деревьев и кустарников: на границе территории со стороны магистрали	не менее 1,5 не менее 6
Расстояние от школы до деревьев	не менее 15
Расстояние от школы до кустарников	не менее 5
Ширина между узколиственными деревьями
Ширина между широколиственными деревьями

Вывод : основные показатели, характеризующие зеленую защитную зону соответствуют санитарно-гигиеническим нормам.

4.4. Санитарно – гигиеническая оценка древесных пород

Произведена оценка жизненной устойчивости деревьев.

Результаты исследований сведены в таблицу.

Таблица №3

Санитарно-гигиеническая оценка древесных пород

Название дерева	Санитарно – гигиеническая оценка	Эстетическая оценка

Санитарно-гигиенические функции зеленых насаждений
Снижение запыленности и загазованности воздуха	Клен, сирена, липа
Газозащитная роль зеленых насаждений	Клен, сирень, береза,липа, можжевельник
Ветрозащитная роль
Фитонцидное действие	Береза, сосна, сирень, черемуха, можжевельник и т. д.

4.5. Изучение лечебного действия деревьев и кустарников

Изучены фитонцидные свойства древесных пород и выявлено их влияние на организм человека.

Изучение производилось анализом научной литературы, результаты исследования сведены в таблицу.

Таблица №4

Деревья и кустарники, летучие выделения которых обладают лечебным действием

	Семейство, вид	Лечебное действие	Степень антимикробной активности, мин
	Береза	Выполняет роль санитара окружающей среды, расправляясь со многими болезнетворными организмами
	Ива желтая	Выполняет роль санитара окружающей среды
	Клен	Фитонциды увеличивают защитные силы организма
	Липа	Вещества оказывают бронхолитическое воздействие
	Сосна обыкновенная	Практически все виды, входящие в род сосновых, обладают антимикробными свойствами. Сосновые фитонциды увеличивают защитные силы организма и снижают риск простудных заболеваний
	Сирень	Выделяемые вещества обладают антимикробными свойствами
	Смородина черная	Фитонциды активны по отношению к золотистому стафилококку, микроскопическим грибам, возбудителям дизентерии, дифтерии
	Черемуха	Исключительные антимикробные свойства фитонцидов
	Яблоня	Выделяемые вещества активны по отношению к возбудителям дизентерии, золотистого стафилококка, протея, вирусов группы А

Из анализа результатов таблицы, видно, что наибольшими фитонцидными свойствами обладают береза, черная смородина, сирень, сосна – именно эти породы наиболее полезны для человека.

5. Анализ состояния здоровья учащихся школы

Исходя из санитарно - гигиенического состояния пришкольной территории, я решил сделать оценку здоровья учащихся нашей школы.

Школьные болезни

Результаты медосмотров показывают, что на первом месте стоят заболевания дыхательных путей, болезни желудка, нарушение осанки и зрения.

Большую часть времени дети проводят за партой, телевизором, компьютером. Причина нарушения зрения – переутомление глаз от чрезмерной нагрузки и несоблюдением правил ухода за глазами. Данные опроса свидетельствуют, что переутомление происходит не от школьной загруженности, а от образа жизни. Большую часть свободного времени подростки тратят на просмотр сериалов и компьютерные игры.

Группы здоровья

Таблица №5

Учебный год
Всего учащихся

Диагностика здоровья учащихся в режиме школы

Таблица №6

Учебный год	Всего учащихся	Всего здоровых, %

Прослеживается отрицательная динамика здоровья детей по сравнению с каждым предыдущим годом.

Диагностика больных учащихся в режиме школы

Таблица №7

	Виды заболеваний
					2014/15 уч. г.	2015/16 уч. г.	2016/17 уч. г.
	Нарушение зрения
	Сердечно-сосудистые заболевания
	Нарушение осанки

Из таблиц видно, что здоровыми признаны чуть более 1/3 учащихся школы.

Выводы и заключение:

Говоря об эстетической оценке деревьев, можно сказать, что в основном деревья имеют высокие декоративные качества и проведение санитарных мероприятий не требуется. Но есть и деревья средней декоративности, которым требуются небольшие работы по лечению ран, обрезке сухих ветвей и сучьев с последующей заделкой и декорированием мест повреждения. Такая помощь нужна берёзе.

В ходе работы проанализировано достаточно много материала, проведены исследования, сделаны выводы. Во всех формах организации использовались следующие принципы:

работа для школы должна быть полезной;

работа должна быть направлена на решение вопросов охраны здоровья детей;

работа должна способствовать обретению учащимися дополнительных знаний и умений в области экологической культуры, медицины и сохранения здоровья.

Своим проектом я решил показать свое отношение и обратить внимание других ребят к здоровому образу жизни. Ведь забота о нашем здоровье – задача не только родителей, учителей, но и нас самих.

7. Литература

Андреева Н.Д., Малиновская Н.В. «Биология в школе» №8, 2010.

Артюхова И.С. «Биология в школе» №7, 2008.

Медведев В.А. «Тысяча забытых рецептов», 2005г.

Приложение

Можжевельник

Липы по периметру школы

Сирень

Клён

Волейбольная площадка

Детская площадка

Спортивная площадка

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Среди них выделяют абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы – температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности – это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. 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. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов – основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области син-экологии.

Антропогенные факторы – это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически судьба живого покрова Земли, всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. п.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера – бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресурсы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при ее дефиците, убежища, удобные места для размножения и т. п. Условия – это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет – жизненно необходимый энергетический ресурс для растений, а для обладающих зрением животных – условие зрительной ориентации. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

2.2. Адаптации организмов

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Основные механизмы адаптации на уровне организма: 1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества; 2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов; 3) морфо-анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни; 4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.; 5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

2.3. Общие законы действия факторов среды на организмы

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон оптимума.

Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 °C (от +30 до -55 °C), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 °C (от +23 до +29 °C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной – для другого и выходить за пределы выносливости для третьего (рис. 2).

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды – выносящие значительные колебания температуры, эврибатные – широкий диапазон давления, эвригалинные – разную степень засоления среды.

Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов:

1, 2 - стенотермные виды, криофилы;

3–7 – эвритермные виды;

8, 9 - стенотермные виды, термофилы

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено» – стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными.

Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными.

Положение оптимума и критических точек на градиенте фактора может быть в определенных пределах сдвинуто действием условий среды. Это регулярно происходит у многих видов при смене сезонов года. Зимой, например, воробьи выдерживают сильные морозы, а летом гибнут от охлаждения при температуре чуть ниже нуля. Явление сдвига оптимума по отношению к какому-либо фактору носит название акклимации. В отношении температуры это хорошо известный процесс тепловой закалки организма. Для температурной акклимации необходим значительный период времени. Механизмом является смена в клетках ферментов, катализирующих одни и те же реакции, но при разных температурах (так называемые изоферменты). Каждый фермент кодируется своим геном, следовательно, необходимо выключение одних генов и активация других, транскрипция, трансляция, сборка достаточного количества нового белка и т. п. Общий процесс занимает в среднем около двух недель и стимулируется переменами в окружающей среде. Акклимация, или закалка, – важная адаптация организмов, происходит при постепенно надвигающихся неблагоприятных условиях или при попадании на территории с иным климатом. Она является в этих случаях составной частью общего процесса акклиматизации.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции.

Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма (рис. 3). Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Рис. 3. Схема зависимости фотосинтеза и дыхания растения от температуры (по В. Лархеру, 1978): t мин, t опт, t макс – температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 °C, для взрослых форм -22 °C, а для яиц -27 °C. Мороз в -10 °C губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Рис. 4. Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения (по Л. Г. Раменскому и др., 1956): 1 – клевер луговой; 2 – тысячелистник обыкновенный; 3 – келерия Делявина; 4 – мятлик луговой; 5 – типчак; 6 – подмаренник настоящий; 7 – осока ранняя; 8 – таволга обыкновенная; 9 – герань холмовая; 10 – короставник полевой; 11 – козлобородник коротконосиковый

Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям (рис. 4), затем оно широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.

6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы (рис. 5). Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Рис. 5. Смертность яиц соснового шелкопряда Dendrolimus pini при разных сочетаниях температуры и влажности

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.

7. Правило ограничивающих факторов. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Любые сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в конкретные отрезки времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной (рис. 6). Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых – осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева – Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Рис. 6. Глубокий снежный покров – лимитирующий фактор в распространении оленей (по Г. А. Новикову, 1981)

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

2.4. Принципы экологической классификации организмов

В экологии разнообразие и разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. Используя какой-либо единственный критерий, нельзя отразить все стороны приспособленности организмов к среде. Экологические классификации отражают сходство, возникающее у представителей самых разных групп, если они используют сходные пути адаптации. Например, если мы классифицируем животных по способам движения, то в экологическую группу видов, передвигающихся в воде реактивным путем, попадут такие разные по систематическому положению животные, как медузы, головоногие моллюски, некоторые инфузории и жгутиковые, личинки ряда стрекоз и др. (рис. 7). В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т. п. Разделение всех организмов на эврибионтных и стенобионтных по широте диапазона приспособлений к среде представляет пример простейшей экологической классификации.

Рис. 7. Представители экологической группы организмов, передвигающихся в воде реактивным способом (по С. A. Зернову, 1949):

1 – жгутиковое Medusochloris phiale;

2 – инфузория Craspedotella pileosus;

3 – медуза Cytaeis vulgaris;

4 – пелагическая голотурия Pelagothuria;

5 – личинка стрекозы-коромысла;

6 – плывущий осьминог Octopus vulgaris:

а – направление струи воды;

б – направление движения животного

Другой пример – разделение организмов на группы по характеру питания. Автотрофы – это организмы, использующие в качестве источника для построения своего тела неорганические соединения. Гетеротрофы – все живые существа, нуждающиеся в пище органического происхождения. В свою очередь, автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов. Первые для синтеза органических молекул используют энергию солнечного света, вторые – энергию химических связей. Гетеротрофов делят на сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений, и голозоев. Голозои обладают сложным комплексом пищеварительных ферментов и могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребителей живых растений), зоофагов (нуждающихся в живой пище) и некрофагов (трупоядных животных). В свою очередь, каждую из этих групп можно подразделить на более мелкие, имеющие свою специфику в характере питания.

Иначе можно построить классификацию по способу добывания пищи. Среди животных выявляются, например, такие группы, как филътраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.), пасущиеся формы (копытные, жуки-листоеды), собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные), охотники на движущуюся добычу (волки, львы, мухи-ктыри и т. п.) и целый ряд других групп. Так, несмотря на большое несходство в организации, одинаковый способ овладения добычей приводит у львов и мух-ктырей к ряду аналогий в их охотничьих повадках и общих чертах строения: поджарости тела, сильному развитию мускулатуры, способности развивать кратковременно большую скорость и т. п.

Экологические классификации помогают выявлять возможные в природе пути приспособления организмов к среде.

2.5. Активная и скрытая жизнь

Обмен веществ – одно из главнейших свойств жизни, определяющее тесную вещественно-энергетическую связь организмов со средой. Метаболизм проявляет сильную зависимость от условий существования. В природе мы наблюдаем два основных состояния жизни: активную жизнедеятельность и покой. При активной жизнедеятельности организмы питаются, растут, передвигаются, развиваются, размножаются, характеризуясь при этом интенсивным метаболизмом. Покой может быть разным по глубине и продолжительности, многие функции организма при этом ослабевают или не выполняются совсем, так как уровень обмена веществ падает под влиянием внешних и внутренних факторов.

В состоянии глубокого покоя, т. е. пониженного вещественно-энергетического обмена, организмы становятся менее зависимыми от среды, приобретают высокую степень устойчивости и способны переносить условия, которые не могли бы выдержать при активной жизнедеятельности. Эти два состояния чередуются в жизни многих видов, являясь адаптацией к местообитаниям с нестабильным климатом, резкими сезонными изменениями, что характерно для большей части планеты.

При глубоком подавлении обмена веществ организмы могут вообще не проявлять видимых признаков жизни. Вопрос о том, возможна ли полная остановка обмена веществ с последующим возвращением к активной жизнедеятельности, т. е. своего рода «воскрешение из мертвых», дискутировался в науке более двух столетий.

Впервые явление мнимой смерти было обнаружено в 1702 г. Антони ван Левенгуком – открывателем микроскопического мира живых существ. Наблюдаемые им «анималькули» (коловратки) при высыхании капли воды сморщивались, выглядели мертвыми и могли пребывать в таком состоянии длительное время (рис. 8). Помещенные вновь в воду, они набухали и переходили к активной жизни. Левенгук объяснил это явление тем, что оболочка «анималькулей», очевидно, «не позволяет ни малейшего испарения» и они остаются живыми в сухих условиях. Однако через несколько десятилетий естествоиспытатели уже спорили о возможности того, что «жизнь может быть полностью прекращена» и восстановлена вновь «через 20, 40, 100 лет или более».

В 70-х годах XVIII в. явление «воскрешения» после высыхания было обнаружено и подтверждено многочисленными опытами у ряда других мелких организмов – пшеничных угриц, свободноживущих нематод и тихоходок. Ж. Бюффон, повторив опыты Дж. Нидгема с угрицами, утверждал, что «эти организмы можно заставить сколько угодно раз подряд умирать и вновь оживать». Л. Спалланцани впервые обратил внимание на глубокий покой семян и спор растений, расценив его как сохранение их во времени.

Рис. 8. Коловратка Philidina roseola на разных стадиях высыхания (по П. Ю. Шмидту, 1948):

1 – активная; 2 – начинающая сокращаться; 3 – полностью сократившаяся перед высыханием; 4 – в состоянии анабиоза

В середине XIX в. было убедительно установлено, что устойчивость сухих коловраток, тихоходок и нематод к высоким и низким температурам, недостатку или отсутствию кислорода возрастает пропорционально степени их обезвоживания. Однако оставался открытым вопрос, происходит ли при этом полное прерывание жизни или лишь ее глубокое угнетение. В 1878 г. Клод Бернал выдвинул понятие «скрытая жизнь», которую он характеризовал прекращением обмена веществ и «перерывом отношений между существом и средой».

Окончательно этот вопрос был решен лишь в первой трети XX столетия с развитием техники глубокого вакуумного обезвоживания. Опыты Г. Рама, П. Беккереля и других ученых показали возможность полной обратимой остановки жизни. В сухом состоянии, когда в клетках оставалось не более 2 % воды в химически связанном виде, такие организмы, как коловратки, тихоходки, мелкие нематоды, семена и споры растений, споры бактерий и грибов выдерживали пребывание в жидком кислороде (-218,4 °C), жидком водороде (-259,4 °C), жидком гелии (-269,0 °C), т. е. температуры, близкие к абсолютному нулю. При этом содержимое клеток затвердевает, отсутствует даже тепловое движение молекул, и всякий обмен веществ, естественно, прекращен. После помещения в нормальные условия эти организмы продолжают развитие. У некоторых видов остановка обмена веществ при сверхнизких температурах возможна и без высушивания, при условии замерзания воды не в кристаллическом, а в аморфном состоянии.

Полная временная остановка жизни получила название анабиоза. Термин был предложен В. Прейером еще в 1891 г. В состоянии анабиоза организмы становятся устойчивыми к самым разнообразным воздействиям. Например, тихоходки выдерживали в эксперименте ионизирующее облучение до 570 тыс. рентген в течение 24 ч. Обезвоженные личинки одного из африканских комаров-хирономусов – Polypodium vanderplanki – сохраняют способность оживать после воздействия температуры в +102 °C.

Состояние анабиоза намного расширяет границы сохранения жизни, в том числе и во времени. Например, в толще ледника Антарктиды при глубоком бурении были обнаружены микроорганизмы (споры бактерий, грибов и дрожжей), развившиеся впоследствии на обычных питательных средах. Возраст соответствующих горизонтов льда достигает 10–13 тыс. лет. Споры некоторых жизнеспособных бактерий выделены и из более глубоких слоев возрастом в сотни тысяч лет.

Анабиоз, однако, – достаточно редкое явление. Он возможен далеко не для всех видов и является крайним состоянием покоя в живой природе. Его необходимое условие – сохранение неповрежденными тонких внутриклеточных структур (органелл и мембран) при высушивании или глубоком охлаждении организмов. Это условие невыполнимо для большинства видов, имеющих сложную организацию клеток, тканей и органов.

Способность к анабиозу обнаруживается у видов, имеющих простое или упрощенное строение и обитающих в условиях резкого колебания влажности (пересыхающие мелкие водоемы, верхние слои почвы, подушки мхов и лишайников и т. п.).

Гораздо шире распространены в природе другие формы покоя, связанные с состоянием пониженной жизнедеятельности в результате частичного угнетения метаболизма. Любая степень снижения уровня обмена веществ повышает устойчивость организмов и позволяет более экономно тратить энергию.

Формы покоя в состоянии пониженной жизнедеятельности делят на гипобиоз и криптобиоз, или покой вынужденный и покой физиологический. При гипобиозе торможение активности, или оцепенение, возникает под прямым давлением неблагоприятных условий и прекращается почти сразу после того, как эти условия возвращаются к норме (рис. 9). Подобное подавление процессов жизнедеятельности может возникать при недостатке тепла, воды, кислорода, при повышении осмотического давления и т. п. В соответствии с ведущим внешним фактором вынужденного покоя различают криобиоз (при низких температурах), ангидробиоз (при недостатке воды), аноксибиоз (в анаэробных условиях), гиперосмобиоз (при высоком содержании солей в воде) и др.

He только в арктических и антарктических, но и в средних широтах некоторые морозостойкие виды членистоногих (коллемболы, ряд мух, жужелицы и др.) зимуют в состоянии оцепенения, быстро оттаивая и переходя к активности под лучами солнца, а затем вновь теряют подвижность при снижении температуры. Взошедшие весной растения прекращают и возобновляют рост и развитие вслед за похолоданием и потеплением. После выпавшего дождя голый грунт часто зеленеет за счет быстрого размножения почвенных водорослей, находившихся в вынужденном покое.

Рис. 9. Пагон – кусок льда со вмерзшими в него пресноводными обитателями (из С. А. Зернова, 1949)

Глубина и продолжительность подавления обмена веществ при гипобиозе зависит от длительности и интенсивности действия угнетающего фактора. Вынужденный покой наступает на любой стадии онтогенеза. Выгоды гипобиоза – быстрое восстановление активной жизнедеятельности. Однако это относительно неустойчивое состояние организмов и при большой длительности может быть повреждающим из-за разбалансированности метаболических процессов, истощения энергетических ресурсов, накопления недоокисленных продуктов обмена и других неблагоприятных физиологических изменений.

Криптобиоз – принципиально другой тип покоя. Он связан с комплексом эндогенных физиологических перестроек, которые происходят заблаговременно, до наступления неблагоприятных сезонных изменений, и организмы оказываются к ним готовы. Криптобиоз является адаптацией прежде всего к сезонной или иной периодичности абиотических факторов внешней среды, их регулярной цикличности. Он составляет часть жизненного цикла организмов, возникает не на любой, а на определенной стадии индивидуального развития, приуроченной к переживанию критических периодов года.

Переход в состояние физиологического покоя требует времени. Ему предшествует накопление резервных веществ, частичная дегидратация тканей и органов, уменьшение интенсивности окислительных процессов и ряд других изменений, понижающих в целом тканевый метаболизм. В состоянии криптобиоза организмы становятся во много раз более устойчивыми к неблагоприятным воздействиям внешней среды (рис. 10). Основные биохимические перестройки при этом являются во многом общими для растений, животных и микроорганизмов (например, переключение метаболизма в разной степени на путь гликолиза за счет резервных углеводов и т. п.). Выход из криптобиоза также требует времени и затрат энергии и не может быть осуществлен простым прекращением отрицательного действия фактора. Для этого необходимы особые условия, различные для разных видов (например, промораживание, присутствие капельно-жидкой воды, определенная продолжительность светового дня, определенное качество света, обязательные колебания температуры и др.).

Криптобиоз как стратегия выживания в периодически неблагоприятных для активной жизни условиях – это продукт длительной эволюции и естественного отбора. Он широко распространен в живой природе. Состояние криптобиоза характерно, например, для семян растений, цист и спор различных микроорганизмов, грибов, водорослей. Диапауза членистоногих, спячка млекопитающих, глубокий покой растений – также различные типы криптобиоза.

Рис. 10. Дождевой червь в состоянии диапаузы (по В. Тишлеру, 1971)

Состояния гипобиоза, криптобиоза и анабиоза обеспечивают выживание видов в природных условиях разных широт, часто экстремальных, позволяют сохранять организмы в течение длительных неблагоприятных периодов, расселяться в пространстве и во многом раздвигают границы возможности и распространения жизни в целом.

0

Вопрос о проблемах экологии является недостаточно ясным. В ботанической литературе он вообще не подчеркивается, и на основе анализа содержания руководств по экологии растений можно полагать, что ботаники считают «проблемами экологии» классификации так называемых экологических факторов и в отрос о жизненных формах растений.

Зоологи обычно называют основной проблемой экологии изучение динамики численности организмов, а также относят сюда такие вопросы, как акклиматизация (Д. Н. Кашкаров), борьба за существование, понятие целостности вида (С. А. Северцов) и т. п.

Подобную трактовку вопроса о проблемах экологии мы не можем признать правильной. Учение о виде или явление акклиматизации нельзя относить к проблемам экологии по той причине, что они имеют общебиологическое значение, и экология наряду с другими науками рассматривает лишь часть относящихся к ним вопросов.

Проблемы науки исходят из ее основного содержания и связаны с разрешением крупных теоретических и практических задач. Проблемы экологии должны вытекать из ее содержания и задач и иметь народнохозяйственное значение. В качестве основных проблем экологии могут быть названы: закономерности взаимоотношений организмов со средой, экологическая пластичность организмов, организмы как индикаторы, биологический метод очистки среды и борьбы с вредными организмами, плодовитость как приспособление к выживанию, динамика численности организмов и ее прогнозирование, охрана и преобразование живой природы.

Закономерности взаимоотношений организмов со средой

Вопрос о закономерностях взаимоотношений организмов и среды представляет одну из центральных проблем экологии наряду с динамикой численности организмов. По существу это такой же исходный вопрос экологии, как в философии вопрос об отношении бытия к сознанию.

Большая часть данной книги посвящена рассмотрению названной проблемы и потому здесь можно конспективно изложить лишь ее основные аспекты.

Постановка вопроса «организм и среда» порождает возможность разного ответа относительно причин изменчивости, приспособления и эволюционного развития живых существ. Автогенез ищет их во внутреннем (организме), эктогенез-во внешнем (среде), и биология, опирающаяся в качестве методологической основы на идеализм или механицизм, вынуждена избирать одну из двух названных противоположных позиций.

Диалектико-материалистическая биология нашла новый путь к решению этого важного вопроса, покончив с противапоставлением организма и среды, метафизическим отрывом их друг от друга, показав теоретическую и практическую плодотворность «третьей» концепции. Немаловажное значение имеет формулировка последней: «единство организма и среды» или «единство организма и необходимых для его жизни условий». Первая формулировка была верной до 1948 г., пока не оказалась найдена вторая.

В настоящее время первую формулировку мы считаем недостаточной и неправильной, если под «средой» понимать не только условия жизни данного организма (вида), а всю совокупность окружающих его условий (факты гибели организмов в неподходящих условиях и исторического вымирания видов свидетельствуют о том, что нередко между организмом и средой бывает не единство, а неразрешимое противоречие).

При изучении закономерностей взаимоотношений организма и среды мы сталкиваемся с рядом специфических вопросов, свойственных каждому из членов этой системы.

Что касается «организма», находящегося под влиянием среды, то здесь возникают такие вопросы: происхождение адаптаций, отношение внутривидовых форм (в том числе биотопических=«экологических») к виду, образование и значение жизненных форм.

В каждой среде действует особая совокупность факторов, среди которых могут выделяться по их значению для органнзмов необходимые, безразличные и вредные. Факторы воздействия нужно отличать от условий жизни (существования и развития).

Факторы разнообразны, а диапазон их действия бывает весьма значителен. Все это создает в природе возможность бесконечного разнообразия сочетаний условий, характеризующихся качественной определенностью и количественным развитием. Поэтому для экологии становится очень важным вопрос о классификации факторов. Последняя возможна с разных точек зрения.

Принципиальное значение имеет, по нашему мнению, разделение всех факторов на три группы, или ступени, в зависимости от характера их возникновения. В связи с этим следует различать факторы абиотические, биотические и антропические. Первые из них вызваны проявлением сил так называемой неживой природы, вторые связаны с жизнедеятельностью организмов (животных, растений, микробов), третьи определяются воздействием человека.

Не подлежит сомнению, что названные три ступени факторов с точки зрения их исторического возникновения и нарастающей силы воздействия могут быть рассматриваемы в следующей последовательности: абиотические факторы - первичные, участвовали в создании живого; биотические факторы - вторичные, возникли с появлением живого и в свою очередь (наряду с социальными) содействовали появлению человека; антропические факторы - возникли на грани третичного и четвертичного периодов, с появлением человека. В ходе эволюции животного и растительного мира с появлением все более прогрессивно развитых видов и все более сложных биоценозов соответственно осложняется среда и усиливается действие биотических факторов:. В ходе исторического развития человечества, сопровождающегося все более глубоким познанием законов природы и созданием все более мощных средств ее покорения, соответственно развиваются и прогрессируют антропические факторы, т. е. различные воздействия людей на животный и растительный мир.

С точки зрения изученности рассматриваемые три группы факторов располагаются в той же последовательности. Абиотические, т. е. физико-химические, воздействия на организмы более определенны, и результаты их могут быть обнаружены при морфологических, физиологических и других исследованиях. Однако это вовсе не означает, что данная группа факторов уже полностью изучена. Напротив, сравнительно недавнее открытие значения температуры и света на определенных стадиях развития зеленых растений показывает, как мало мы еще знаем значение отдельных абиотических условий в формообразовательных процессах и жизни организмов.

Еще большая сложность изучения биотических факторов подтверждается тем, что, несмотря на столетнее внимание к этому вопросу биологов, и в настоящее время не закончилась дискуссия по вопросу значения, например, внутривидовой борьбы за существование. К антропическим факторам внимание исследователей стало привлекаться по существу лишь в последние десятилетия преимущественно в России, в связи с проводимыми здесь работами по охране живой природы и ее плановому преобразованию. Поэтому в этой области еще почти нет крупных обобщений и существует большой разнобой во взглядах исследователей.

Трудности дальнейшей классификации абиотических, биотических и антропических факторов определяются рядом обстоятельств. Здесь прежде всего нужно отметить разницу изолированного и совокупного действия факторов, которая проявляется во всех трех группах (I - смесь ядов может быть безвредна, мороз с ветром и без него, при разной влажности и т. п.; II - влияние друг на друга одиночных организмов, при разной плотности популяции и при перенаселении; III - воздействие человека на отдельный вид или весь биоценоз и т. д.). Следует иметь в виду непосредственное действие и последующее влияние (последействие), которые могут быть резко различными, причем первое обычно является единичным (затрагивает отдельный вид), а второе становится всеобщим (изменяет весь биоценоз или всю природу на определенной территории), каковы результаты истребления и вселения видов, распашки целины, создания лесных массивов, осушения, строительства водохранилищ и т. п.

Особо сложным является разграничение прямого и косвенного действия биотических и антропических факторов. Недостаточно четкое и вдумчивое изучение относящихся к этой области закономерностей приводит, например, к длительной и бесперспективной дискуссии по вопросу о так называемой внутривидовой конкуренции автотрофов из-за абиотических условий жизни. Всходы растения могут страдать от затенения, происходящего, например, по трем следующим принципиально различным причинам: 1) наличию, скалы, 2) присутствию разросшегося дерева и 3) построенному человеком навесу.

До сих пор некоторые биологи лишь первый случай относят к абиотическим факторам, второй рассматривают как пример внутривидовой или межвидовой борьбы и третий причисляют к антропическим факторам. Мы считаем подобный подход к разграничению факторов механистическим, субъективистским и антропоморфным (имеющим значение лишь с точки зрения человека, разграничивающего три группы факторов, но безразличным для организма, подвергающегося воздействию, которое в этих случаях качественно однопорядково).

Когда биологически изучается действие факторов, то значение имеет не причина, их породившая, а результат -ответная реакция организма. Влияние удара по голове не изменится от того, свалится ли на животное или человека камень с горы, кирпич с крыши или, наконец, в лесу упадет дерево. Совершенно одинаковый эффект воздействия разлива на животную и растительную жизнь будет наблюдаться в пойме реки, если на ней возникнет плотина вследствие естественного обвала берега, постройки бобрами или человеком норы будут затопляться, наземные животные станут искать спасения на возвышенностях и т. п. Растения одинаковое будут ощущать недостаток влаги в почве вследствие отсутствие дождя, влияния испарения (при наличии суховея или транспирации других растений), при понижении уровня грунтовых вод за счет лесопосадки, проведения дренажа и т. п., и т. д.

Очевидно, что во всех этих и многих подобных случаях нет совершенно никаких объективных оснований разграничивать здесь три принципиально различные группы факторов - абиотические, биотические и антропические. Во всех этих случаях мы видим лишь действие абиотических факторов - механического удара, избытка и недостатка влаги и т. п. и однопорядковую реакцию подвергшихся соответствующему воздействию организмов.

Прямое действие факторов всегда вскрывает их специфический характер. Например, абиотические факторы могут быть разделены на средообразующие, физические и химические; биотические - на внутривидовые и межвидовые отношения; ашрапические - сведены к истреблению, разведению, интродукции и селекции организмов. Так называемое косвенное действие факторов, всегда осуществляемое через среду, является неспецифическим. Косвенное значение антропических воздействий заключается в изменении биотических и абиотических условий; косвенное влияние биотических факторов (организмов) состоит в изменении ими абиотического режима.

Как видим, каждая последующая ступень факторов включает в себя в качестве косвенных влияний предыдущую ступень

Классификация факторов
Группы (ступени) факторов	Факторы специфического (прямого) действия	Неспецифическое (косвенное) действие через изменение факторов
1. Абиотические (неживая природа)	1. Средообразующие 2. Физические 3. Химические
II. Биотические (живая природа)	1. Внутривидовые 2. Межвидовые	Абиотических
III. Антропические (человек)	1. Истребление 2. Разведение 3. Итродукция 4. Селекция	Биотических	Абиотических

Мы полагаем, что подобное разграничение основных групп факторов позволит глубже понять закономерности взаимоотношений организмов со средой и не смешивать причину со следствием, что, к сожалению, имеет место во многих современных экологических работах.

Если «развернуть» табл. 6 таким образом, чтобы в группу абиотических факторов попало не только первичное действие силе неживой природы, но также «косвенное» влияние организмов и человека, а в группу биотических факторов-прямое взаимодействие организмов друг с другом и «косвенное» влияние человека, то закономерности действия факторов будут иметь следующий вид.

Действие факторов
Группы (ступени) факторов	Прямое действие факторов	Косвенное действие факторов, измененных
		человеком		организмами
I. Абиотические	1. Средообразующее 2. Физическое 3. Химическое
II. Биотические	1. Внутривидовое 2. Межвидовое
III. Антропические	1. Истребление 2. Разведение 3. Интродукция 4. Селекция

Абиотические воздействия на организмы могут быть трех родов - прямые и преобразованные человеком или прочими организмами; биотические воздействия - двух родов: прямые взаимюотношения организмов между собой и преобразованные человеком; наконец, антропические воздействия -одного рода: все прямые влияния человека на живую природу.

Подобное понимание закономерностей отношений организмов и среды позволяет нам найти пути к решению споров по вопросу о внутривидовой конкуренции, о значении перенаселенности и т. п. Мы видим, что прямое и косвенное влияние абиотических факторов, имеющее решающее значение в жизни растений (и меньше - для животных), лежит за пределами собственно внутривидовых и межвидовых отношений. Настоящая внутривидовая конкуренция имеет меньшее значение в жизни автотрофных организмов и большее- среди гетеротрофов, у которых повышение плотности популяции будет обострять эти отношения.

Внутривидовые и межвидовые отношения, «очищенные» от незакономерно присоединенных к ним явлений, связанных с влиянием абиотических факторов, приобретают большую четкость. Становится возможным более углубленное изучение и подразделение этих отношений. Биологи, относившие к биотическим факторам «конкуренцию» из-за недостатка абиотических факторов существования (которая одинакова между особями одного вида или разных видов), затушевывали вопрос о специфике внутривидовых и межвидовых отношений и тормозили его изучение.

Принципиальное значение имеет, наконец, вопрос о роли конкуренции между организмами как таковой. Некоторые склонны именно в конкуренции видеть движущий фактор развития, однако убедительных доказательств не приводят.

В советской биологической литературе достаточно широко и глубоко прошла дискуссия по вопросу о факторах исторического развития организмов, поэтому нет нужды останавливаться на нем подробно. Сторонники неодарвинизма видят источник развития в борьбе за существование, перенаселенности, внутривидовой конкуренции; последователи творческого дарвинизма - в изменении условий жизни и их ассимиляции организмами. Это две принципиально различные концепции, основывающиеся на разной методологии.

Приверженцы значения борьбы за существование как фактора развития в настоящее время в советской биологии немногочисленны и сохраняются главным образом в «фитоценологии», которая вся построена на принципах признания ведущего значения борьбы и конкуренции между растениями, тогда как изучение действия абиотических факторов составляет удел экологии растений. Как уже указывалось, фитоценоз не мыслится без борьбы за существование (Сукачев), которая признается и основным фактором развития фитоценозов, их сукцессии. Некоторые не довольствуются признанием борьбы между организмами и говорят о межфитоценозной борьбе (Соколов).

С. Я. Соколов (1956) вновь поднимает вопрос о борьбе за существование как исходном начале развития живой природы, полностью игнорируя результаты десятилетних работ биологов, показавших значение условий жизни в формировании наследственности и эволюции. Он пишет «... само собой понятно, что эволюция организмов происходит только на основе внутривидовой борьбы за существование. Вне этой категории борьбы за существование эволющия вообще немыслима; этот тип борьбы является содержанием всех остальных форм борьбы». В понимавши С. Я. Соколова и его единомышленников «фитоценоз» представляет новое качество живой природы, живущее особой жизнью целого, причём борьба и конкуренция выступают как особые жизненные свойства, особые силы. Но если объективно проанализировать это «целое» и эту «силу», то мы найдем лишь совокупность организмов и наличие между ними разнообразных конкретных взаимоотношений, среди которых внутривидовая борьба и конкуренция вовсе не занимают такого исключительного положения.

Если же отбросить чисто мифическую конкуренцию, за которой скрывается косвенное действие абиотических факторов, то окажется, что организмы изменяются именно под влиянием условий жизни. Однако сторонники неодарвинизма предпочитают их не видеть и говорят о имеющей якобы место конкуренции, хотя таковой часто фактически нет и в помине.

Сделанная нами попытка расчленения факторов с учетом их специфики позволяет правильнее оценить и значение явления конкуренции, которое имеет более узкое распространение, чем полагали раньше, и потому не может рассматриваться в качестве основного источника эволюции. Дивергенция организмов может происходить помимо всякой конкуренции в результате прямого влияния среды и последующего отбора (образование крылатых и бескрылых форм насекомых на островах под влиянием действия ветра и т. п.).

Совершенно ошибочно представление, что конкуренция является источником прогресса в живой природе. Напротив, она может вести к общему угнетению популяции, недоразвитию организмов, которые легче подвергнутся истреблению под; влиянием неблагоприятных абиотических факторов и межвидовых отношений.

Конкуренция, усиливающаяся при перенаселенности, как правило, обостряет и ускоряет действие тех или иных факторов, но не изменяет направление процессов изменения организмов, происходящих под общим влиянием условий жизни. В случаях культурного содержания организмов конкуренция может противодействовать стремлению человека получить высокую продуктивность у животных и растений.

След «плавания» выдры (Lutra lutra) в рыхлом снегу. Река Пыжа Алтай. Март 1952 г.

Следы млекопитающих. Вверху: след колонка в рыхлом снегу. Алтай. Февраль 1958 г. Внизу: тропа зайца-беляка как приспособление к передвижению по глубокому снегу. Бердск. Март 1952 г.

Термин «борьба за существование», которым слишком злоупотребляли в истории биологии, вкладывая в него различное содержание, лучше совершенно оставить, а если уж применять, то в более узком смысле - для характеристики определенной труппы антагонистических (внутривидовых и межвидовых) отношений необходимо совершенно исключить из него взаимоотношения с абиотическими факторами и явления взаимопомощи организмов, называть которые «борьбой за существование» противоречит здравому смыслу.

Таким образом, совокупное влияние условий жизни на организм и приспособление последнего к ним - таков путь историческою развития живой природы. Под этим углом зрения и должны изучаться закономерности взаимоотношений организмов со средой, исследованные еще очень слабо, познание которых имеет решающее значение для подлинного овладевания человеком силами живой природы.

Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Экология (от греч. «ойкос» - жилище и «логос» - наука) - наука, изучающая закономерности взаимоотношений организмов с окружающей средой, образ жизни животных и растений, их продуктивность, изменение численности, видовой состав.

Экологические факторы

Среда жизни - это часть природы, в которой живут организмы. Существуют три среды жизни - вода, воздух, почва. Вода - это первичная среда для живых существ, поскольку именно в ней зародилась жизнь. Организмы могут обитать в одной среде (рыбы - в воде), в двух (наземные растения в воздухе и почве) и даже в трех средах (прибрежные водные растения - в почве, воде и воздухе). Некоторые организмы периодически переходят из одной среды в другую (насекомые с водными личинками, земноводные). Отдельные элементы среды, взаимодействующие с организмами, называют экологическими факторами .

По своей природе различают две группы факторов:

1. неорганические, или абиотические, факторы: температура, свет, вода, воздух, ветер, соленость и плотность среды, ионизирующие излучения;
2. биотические факторы, связанные с совместным обитанием, взаимным влиянием животных и растений друг на друга.
3. Выделяют еще и антропогенный фактор - воздействия человека на природу. Каждый из экологических факторов незаменим. Так, недостаток тепла нельзя заменить обилием света, минеральные элементы, необходимые для питания растений,- водой.

Интенсивность фактора, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют оптимальной или оптимумом.

Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости .

Абиотические факторы

Солнечное излучение служит основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. Биологическое действие света разнообразно и обусловлено его спектральным составом, интенсивностью, периодичностью освещения.

В спектре солнечного излучения выделяют ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 0,29 мкм губительны для всего живого, они задерживаются озоновым слоем атмосферы. Более длинные ультрафиолетовые лучи (0,3-0,4 мкм) обладают высокой химической активностью. В небольших дозах ультрафиолетовые лучи полезны.

Видимые лучи (длина волны 0,4-0,75 мкм) имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения синтезируют органическое вещество. Для большинства животных видимый свет является одним из важных факторов внешней среды.

Инфракрасные лучи (длина волны более 0,75 мкм) - важный источник тепловой энергии.

Температура - важный фактор, влияющий на жизненно важные процессы организмов: рост, развитие, размножение, дыхание, синтез органических веществ и т. д. Оптимальная температура зависит от условий обитания вида; для большинства наземных животных и растений она колеблется в довольно узких пределах (15-30°С). Организмы с непостоянной температурой тела называют холоднокровными . У них повышение температуры вызывает ускорение физиологических процессов. Однако эти организмы имеют приспособления от перегрева (наличие устьиц у растений, испарение через кожные покровы у животных).

Наиболее совершенную терморегуляцию в процессе эволюции приобрели птицы и млекопитающие, т. е. теплокровные животные, за счет образования четырехкамерного сердца. Это обеспечило им существование независимо от температурных условий среды и позволило расселиться по всему земному шару.

Вода - непременный компонент живого, важный климатический фактор, так как служит главным средством регуляции температуры на поверхности Земли. Приспособленность к переживанию при недостатке влаги ярко выражена у обитателей засушливых степей и пустынь (видоизмененные листья-колючки, хорошо развитая корневая система, высокое осмотическое давление). Некоторые растения (агава, очиток, молодило) имеют мясистые листья и стебли и способны долго удерживать воду. Другие растения (тюльпаны, маки, гусиный лук и др.) успевают вырасти и отцвести за короткий весенний срок, когда в почве еще достаточно влаги. Большое приспособительное значение имеет способность этих растений погружаться в состояние глубокого физиологического покоя.

Сезонные изменения внешних условий связаны с изменением важнейших факторов жизни - температуры, освещения, влажности. Обитатели умеренных широт характеризуются проявлением сезонных циклов развития.

Весной при повышении температуры и освещения наблюдается активная жизнедеятельность организмов: растут и зацветают растения, прилетают птицы и т. д. Летом созревают семена растений, большинство животных дает потомство. Осенью начинается подготовка организмов к неблагоприятным зимним условиям: у растений откладываются питательные вещества, у животных происходит линька и т. д. Зимой при пониженной температуре наступает глубокий покой. Это явление особенно присуще растениям и некоторым животным.

Каждый организм имеет определенные приспособления к перенесению пониженных температур. Причем морозостойкость растений и насекомых усиливается в течение зимы. Это называют холодным закаливанием . Глубокое охлаждение вызывает временную обратимую остановку жизни. Такое состояние называют анабиозом . У птиц и млекопитающих состояние полного анабиоза не наступает, так как они не приспособлены к переохлаждению. У них выработались другие приспособления к перенесению зимнего времени года (сезонные миграции и др.).

В регуляции сезонных циклов у большинства растений и животных главная роль принадлежит изменениям продолжительности дня и ночи. Реакция на продолжительность светового периода суток получила название фотопериодизма .

Фотопериодизм - это общее, важное приспособление, регулирующее сезонные явления у самых различных организмов. Изменение длины дня всегда тесно связано с годовым ходом температуры и предшествует ее изменению, вслед за укорочением дня понижается и температура. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвергается случайным колебаниям. Поэтому длина дня служит точным астрономическим предвестником сезонных изменений. Выяснение роли длины дня и регуляции сезонных явлений открывает большие возможности для научного понимания развития растений и животных.