Аутэкология. Основные закономерности

Основные определения
Среда обитания - все, что окружает живой организм и с чем он непосредственно взаимодействует
Экологический фактор - любое свойство среды, которое можно измерить
Типы сред обитания
Водная
Наземно-воздушная
Почвенная
Живые организмы как среда обитания

Классификация факторов
По природе:
абиотические (температура, соленость, pH)
биотические (численность хищников, паразитов)
антропогенные (радиация, ксенобиотики)
По типу динамики:
постоянные (сила тяготения, состав атмосферы)
изменчивые (регулярные, нерегулярные)
Фактор-условие и фактор-ресурс

Закон оптимальности (оптимума)
Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род только в определённой области значений какого-либо фактора среды.

Закон оптимума
Зона
оптимума
Зона
Пессимума
Минимальные
значения
Зона
Пессимума
Максимальные
значения
Градиент фактора (количество фактора)
Биологическая активность

По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения, характеризующуюся критическими значениями фактора, при которых нарушения в организме обратимы) и пределы выносливости организма (зону толерантности), которые ограничиваются летальными значениями фактора.

Способность живых организмов переносить количественные колебания действия фактора называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью). Интервал значений между верхними и нижними пределами выносливости называется зоной толерантности.
Экологические валентности отдельных особей (индивидуумов) неодинаковы. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи.

Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.
В этом спектре почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными.Такие факторы называют ограничивающими или лимитирующими. Именно они определяют географический ареал вида.

Закон минимума
Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т. е. жизненные возможности лимитирует тот фактор, количество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму и дальнейшее снижение которого ведёт к гибели организма или деструкции экосистемы
Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве.
Ю.Либих, 1840
Юстус Либих
(1803 — 1873)

Закон лимитирующих факторов
(Ф. Блэкман, 1909 г. )
Закон толерантности
(В. Шелфорд, 1913 г.)
Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, наиболее удаляющееся от оптимума, особенно ограничивают возможность существование популяции (вида) в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий.

Стенобионты и эврибионты
Градиент фактора
Биологическая активность
Виды с широкой зоной толерантности – Эврибионтные
Стенобионтные виды – узкая зона толерантности
Picea abies – эвритермный вид
Температура, °C
Тропические орхидеи - стенотермные виды

На основе результатов опытов и расчётов, устанавливающих критические, допустимые («терпимые») и летальные степени и дозы воздействия того или иного фактора (концентрации загрязнителей в средах, например), определяются нормативные показатели среды: предельно допустимые концентрации вещества (ПДК), предельно допустимые уровни воздействий (ПДУ) и т. п.

Закон совокупного действия факторов
Немецкий агроном и физиолог А. Митчерлих (1909 г.) первоначально выявил закон совокупного действия факторов в растениеводстве:
Величина урожая (Ф) зависит не только от одного, пусть даже лимитирующего фактора (Х), но от всей совокупности действующих факторов одновременно:
Ф = Х1 + Х2 + … + Хn

Взаимодействие факторов
Пределы толерантности по отношению к какому-либо фактору могут изменяться в зависимости от действия других факторов
Совместное влияние температуры и влажности на смертность куколки Carpocapsa pomonella – вредителя

Закон совокупного действия факторов
Экспериментально установлено, что в природе один экологический фактор может воздействовать на другой (например, недостаточная освещённость для растений может частично компенсироваться повышенной концентрацией СО2).
Таким образом, для благополучия вида в экосистеме необходимо сочетание ряда ведущих факторов среды в значениях, близких к оптимальным.

Потенциальная экологическая ниша
Фактор 1
Фактор 2
Фактор 3
Потенциальная (фундаментальная) экологическая ниша - совокупность всех условий, в которых потенциально может существовать вид в том случае, если он не ограничен конкуренцией с другими видами
Математическая абстракция: потенциальная ниша вида в экологическом пространстве – n-мерный параллелепипед, все стороны которого представляют собой пределы толерантности вида по соответствующим экологическим факторам
(экологический спектр)

Реализованная экологическая ниша
Chthamalus
Balanus
Океан
Потен-циальная
Реали-зованная
Положение вида, которое занимает в общей системе биоценоза в зависимости от его требований к абиотическим факторам (потенциальной ниши) и в условиях биотических ограничений (конкуренции)
Потенциальная и реализиванная экологические ниши для двух видов усоногих рачков в зоне прилива

Неоднозначность действия фактора на разные функции организма
Температура, °C
Интенсивность процесса
-10
0
10
20
30
40
50
60
Зона роста
Зависимость фотосинтеза и дыхания от температуры
Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма

Экстремальные условия
Понятие «экстремальное условия» используется в двух смыслах
Степень
благоприятствия
Градиент фактора
Разнообразие
1. По отношению к виду
2. По отношению разнообразию

Адаптации
Адаптация – процесс приспособления строения и функций организмов, популяций, видов к условиям среды. Возникает под действием изменчивости, наследственности и естественного (или искусственного) отбора.

Как возникают адаптации?
Жан Батист
Ламарк
Чарльз
Дарвин
Направленные
приспособления
Ненаправленные
изменения, удачные отбираются

АДАПТАЦИИ
Морфологические адаптации – сопровождаются изменением в строении организма (например, видоизменённые листья у кактусов).
Физиологические адаптации – изменением в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать себя водой путём окисления запасов жира).
Этологические адаптации – изменения в поведении (например, сезонные миграции птиц и млекопитающих).