Для выживания в наземно-воздушной среде в процессе эволюции у растений и животных выработался целый ряд приспособлений. Например, появились специальные органы дыхания (устьица у растений, легкие и трахеи у животных). Хорошо развились механические и опорные ткани растений, скелет животных; выработались сложные приспособления для защиты от неблагоприятных факторов (смена жизненных циклов, сложное строение покровов, механизмы терморегуляции и др.); установилась тесная связь с почвой; выработалась большая подвижность животных; появилась способность к полету у насекомых и птиц.
3. Почвенная среда обитания
Почва – это рыхлый тонкий поверхностный слой суши, который контактирует с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни.
Почва представляет собой сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. В почве сглажены температурные колебания. Грунтовые воды и выпадающие осадки создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности в почве, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируется «мертвое» органическое и минеральное вещество. Следовательно, почва является продуктом совместного действия живых организмов и неживых веществ.
По данным Н.М. Черновой и А.М. Быловой, в среднем на 1 м2 почвенного слоя приходится более 100 млрд клеток простейших, миллионы нематод, десятки и сотни тысяч клещей и первичнобескрылых насекомых, тысячи других членистоногих, сотни дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных. Кроме того, 1 см2 почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных поверхностных слоях в каждом грамме обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых и сине-зеленых водорослей.
4. Живые организмы
Это специфическая среда обитания, предусматривающая паразитические или симбиотические отношения между организмами.
Практически нет ни одного вида многоклеточных организмов, не имеющего внутренних обитателей.
Паразиты обитают в специфических условиях внутренней среды хозяина. С одной стороны, это дает им целый ряд экологических преимуществ (например, защита от внешних врагов, обилие легкоусвояемой пищи, относительная стабильность условий), а с другой, – затрудняет осуществление их жизненного цикла по сравнению со свободноживущими видами.
Среда обитания паразитов ограничена во времени (жизнью хозяина) и в пространстве. Следовательно, их основные приспособления направлены на возможность распространения в этой среде, передачи от одного хозяина к другому (например, повышенная способность к размножению, выработка сложных жизненных циклов, использование переносчиков и промежуточных хозяев).
Несмотря на такое разнообразие сред жизни, все они характеризуются определенными условиями или факторами. В ходе длительной эволюции живые организмы, для того чтобы выжить, вынуждены были приспосабливаться к изменению этих условий среды.
В результате они выработали многочисленные приспособления к существованию в быстро изменяющейся окружающей среде. Этот процесс приспособления называется адаптацией (от лат. adaptatio – приспособляю).
Способность к адаптации является одним из основных свойств живого, так как обеспечивает существование, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации могут проявляться в изменении биохимических и физиологических свойств клетки, поведении отдельных особей, перестройке целых экосистем и т. д. Все адаптации носят относительный характер.
Чаще всего выделяют три вида адаптаций:
1. Морфологическая адаптация основывается на структурных особенностях организма.
2. Физиологическая адаптация – это специфические изменения на функциональном уровне.
3. Этологическая адаптация выражается в различных приспособительных формах поведения.
2.2. Классификация факторов среды
Отдельные компоненты или элементы среды, которые воздействуют на организмы, называются экологическими факторами.
По природе (среде) происхождения все экологические факторы делятся на три группы.
Рис. 5. Классификация абиотических факторов
1. Абиотические факторы – это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
Абиотические факторы среды можно разделить на несколько групп в зависимости от причины воздействия (рис. 5).
Например, к климатическим факторам можно отнести температуру, свет, давление, влажность воздуха, атмосферные осадки, ветер, ионизирующую радиацию.
К космическим факторам – космическую пыль, метеориты, астероиды, циклические изменения солнечной активности – выброс плазмы, усиление коротковолнового и радиоизлучения с поверхности Солнца.
2. Биотические факторы – это все формы воздействия живых организмов (микроорганизмов, растений, животных и их сообществ) друг на друга.
Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.
3. Антропогенные факторы – это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природной среды обитания, других биологических видов и непосредственно сказываются на их жизни.
Человек загрязняет и тем самым разрушает природную среду. К этим факторам относятся: загрязнение атмосферы и водной среды, вырубка леса, осушение болот, уничтожение животных и т. д.
Абиотические и антропогенные факторы могут оказывать на организм косвенное (опосредованное) или прямое (непосредственное) воздействие.
Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительного времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы.
Большинство факторов (температура, влажность, ветер, осадки, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты) постоянно изменяется в пространстве и во времени.
Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на суше, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, а для свободноживущих хищников ее запасы все время меняются из-за изменения численности жертв.
А.С. Мончадский в 1958 г. определил, что в зависимости от действия во времени все факторы среды можно подразделить на:
1) стабильные – не изменяются в течение длительного периода времени (например, газовый состав атмосферы, магнитное поле Земли);
2) регулярные – меняют силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане;
3) нерегулярные – изменяются без четкой периодичности (например, погода, бури, ливни, обвалы, осадки, скорость и направление ветра, эпидемии).
Кроме двух основных классификаций экологических факторов, приведенных выше, в различной экологической литературе можно встретить и другие варианты деления факторов среды (табл. 1).
Таблица 1
Различные подходы к классификации экологических факторов
Экологические факторы среды могут оказывать на организмы различные воздействия:
а) как раздражители они вызывают приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;
б) как ограничители они определяют невозможность существования в данных условиях;
в) как модификаторы факторы вызывают анатомические и морфологические изменения организмов;
г) как сигналы одни факторы среды свидетельствуют об изменениях других.
2.3. Общие закономерности действия экологических факторов
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 минимума Юстуса Либиха (1840)
Для жизни организмов в любой среде обитания необходимо определенное сочетание факторов. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно оно становится решающим для жизни данного организма. Это условие среды ограничивает (лимитирует) развитие организма и называется лимитирующим фактором.
В середине XIX в. немецкий химик-органик Юстус Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума. В честь автора его еще называют законом Либиха.
Либих писал: «Вещество, которое находится в минимуме, управляет урожаем и определяет величину и устойчивость последнего. Недостаток одного вещества может приводить к дефициту других».
