Следствие закона оптимума. Экологический закон оптимума. Зона толерантности, эврибионты и стенобионты. Общие закономерности воздействия экологических

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.

Похожая информация:

1. I. Надзор за соблюдением Конституции РФ, исполнением законов и соответствием законам издаваемых правовых актов
2. II. Закон возлагает на потерпевшего дополнительные обязанности, связанные с участием в следственных действиях
3. III. Методика измерений и расчетные формулы. I. Цель работы: исследование особенностей проявления закона сохранения энергии и определение моментов инерции металлических колец

Имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.

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

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

Минимально и максимально переносимые значения фактора - это критические точки, за которыми организм гибнет. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организма данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы(зона пессимума ).

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

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Маношин, Николай Алексеевич
• Пилипы-Хребтиевские (Хмельницкая область)

Смотреть что такое "Закон оптимума" в других словарях:

закон оптимума мотивации (закон Йеркса-Додсона) - закон зависимости эффективности деятельности личности от силы ее мотивации (активации нервной системы) на эту деятельность. Графически этот закон можно представить так: где: W – уровень мотивации в условных единицах; Q – эффективность… … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

Закон толерантности Шелфорда - Закон максима Шелфорда закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка «Лимитирующим… … Википедия

Закон ограничивающего фактора - Бочка Либиха Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора, или Закон минимума Либиха один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор … Википедия

ЗАКОН ОГРАНИЧИВАЮЩИХ ФАКТОРОВ - закон лимитирующих факторов, закон, являющийся расширением Закона толерантности Шелфорда, согласно которому факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют… … Экологический словарь

ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ - (ЗАКОН ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОПТИМУМА В. ШЕЛФОРДА) лимитирующий фактор процветания организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определя6ет пределы толерантности организма к данному фактору.… … Экологический словарь

ЗАКОН ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОПТИМУМА В. ШЕЛФОРДА - (ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ) лимитирующий фактор процветания организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определя6ет пределы толерантности организма к данному фактору. Организм может иметь… … Экологический словарь

ЗАКОН КРИТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ФАКТОРА - закон, согласно которому если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных величин, особям грозит смерть. Такие… … Экологический словарь

Биоклиматический закон Хопкинса - Биоклиматический закон Хопкинса закон, согласно которому в условиях умеренной климатической зоны Северной Америки по мере движения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов… … Википедия

Глобальное потепление - Глобальное потепление процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана в XX и XXI веках. Позиция Межгосударственной группы экспертов по изменению климата … Википедия

АУТЭКОЛОГИЯ - (от англ, out вне и экология), физиология, экология; раздел экологии, рассматривающий взаимоотношения отдельного организма (вида) с окружающей средой. Впервые аутэкология выделена в самостоятельный раздел экологии на III Международном… … Экологический словарь

Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Зона оптимума (или оптимум) экологического фактора - благоприятная сила воздействия 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 и наступает смерть. Пределы выносливости за критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга и по оптимуму и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости третьего.

Широкую экологическую валентность вида к абиотическим факторам обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври". Виды, выносящие значительные колебания температуры, - эвритермные, давления - эврибатные, засоления среды - эвригалинные.

Узкая экологическая валентность характеризуется приставкой "стено" соответственно стенотермные, стенобионтные и т.п.

Аналогично, виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называются стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, - эврибионтными. Действие одного и того же фактора на разные функции организма неоднозначно. Оптимум для одних процессов является пессимумом для других.

Абиотические компоненты экосистемы подразделяются на климатические, почвенные, ландшафтные и другие физические факторы.

Лекция 2.

Тема: Среда обитания. Факторы среды и адаптация к ним организмов. Законы Коммонера.

1. Среда обитания и экологические факторы.

2. Правило оптимума. Закон толерантности.

3. Лимитирующие факторы.

4.Законы Коммонера.

Среда обитания и экологические факторы.

Среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Отдельные элементы среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), носят название факторов .

Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдельные факторы, называемых экологическими.

Под экологическими факторами понимается любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития. Экологические факторы подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

- Физические факторы – это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Н-р, температура.

- Химические факторы – это те, которые происходят от химического состава среды. Н-р, от достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т.п.

- Эдафические факторы , т.е. почвенные факторы, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. для которых они являются средой обитания, так и корневую систему растений.

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.

Антропогенные факторы – факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Н-р, температура – в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называют периодическими (приливы и отливы, некоторые океанические течения). Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называют непериодическими .

Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др.

Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть живого организма.

Правило оптимума. Закон толерантности.

В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые в значительной мере универсальны по отношению к организмам. Таковым является правило оптимума .

В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно. К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая валентность (экологическая пластичность).

Совокупность экологических валентностей составляют экологический спектр вида .

Экологически непластичные, т.е. маловыносливые виды, организмы с узким диапазоном адаптаций к факторам называются – стенобионтными (греч. стенос – узкий; биос - жизнь), более выносливые – эврибионтами (греч. эври – широкий). Н-р, по отношению к температуре организмы делятся на стенотермные и эвритермные.

Очевидно, что для каждого живого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости (толерантности). В этом суть закона толерантности , который был постулирован в 1911 г. англичанином В. Шелфордом.

Лимитирующие факторы.

Лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами. Лимитирующие факторы обычно определяют границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ. Поэтому крайне важно своевременно выявлять факторы минимального и избыточного значения, исключать возможности их проявления (например, для растений – сбалансированным внесением удобрений).

Правило взаимодействия факторов . Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Н-р, 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.

Законы Коммонера

Правила и законы современной экологии обобщены в аксиомах – поговорках американского эколога Б. Коммонера (1974).

1). О всеобщей связи вещей и явлений в природе и человеческом обществе («Всё связано со всем»). Всё живое на Земле подчинено потоку солнечной энергии, его ритмам. Глобальные круговороты веществ, ветры, океанские течения, реки, миграции птиц и рыб, перенос семян и спор – всё это связывает между собой удалённые друг от друга регионы планеты и их природные комплексы, придаёт биосфере признаки единой коммуникативной системы.

2). О законах сохранения. («Всё должно куда-то деваться»). В отличие от человеческого производства живая природа в целом безотходна. Опавшие листья, трупы животных становятся пищей для других организмов: червей, насекомых и т.д. Грибы, бактерии разлагают органические вещества до неорганических, и те в свою очередь используются растениями. В целом для биосферы соблюдается баланс масс и равенство скоростей синтеза и распада. Это замкнутость круговорота веществ в биосфере.

3). О цене развития . («Ничто не даётся даром»). Большие системы способны к эволюции в сторону усложнения организации. Их развитие происходит не только за счёт окружающей среды, но и собственных ресурсов. Любое новое приобретение в системе сопровождается какой либо утратой и возникновением новых проблем.

4). О главном критерии эволюционного отбора («Природа знает лучше»). Возможность и право «знания» природой лучших вариантов развития выработано на протяжении миллиардов лет в чередовании актов отбора, проб и ошибок, в тщательной подгонке каждого нового вещества, каждой молекулы ко всему комплексу других веществ.

5). Закон ограниченности ресурсов («На всех не хватит»). В природе действует правило максимального «давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимальное их число. Если бы не существовало ограничений размножения, то произошёл бы «биологический взрыв»: за считанные часы масса живого вещества превысила бы массу земного шара. Этого не происходит из-за ограничений по веществу: масса питательных веществ на Земле конечна и ограничена. Её не хватает для всех делящихся клеток, спор, семян, яиц, личинок и т.д. Это означает, что общее количество живого вещества всех организмов планеты мало изменяется.

Тема 2. Среда обитания. Практическое занятие

Факторы среды и адаптация к ним организмов.

1. Что относится к экологическим факторам (приведите и объясните на примере):

УФ излучение

Влажность почвы

Затмение Солнца

Концентрация газов в воде

Глубина в океане

Опыление насекомыми цветков растений

Угол наклона поверхности

Скорость ветра

Высота над уровнем моря

Скорость течения воды

Глубина залегания грунтовых вод

Сжигание листвы осенью

Соленость воды

Толщина снегового покрова

2. Определить и распределить по-столбцам к каким факторам среды (абиотическим, биотическим, антропогенным) относят:

3. В каждом из предложенных примеров выберите тот фактор, который можно считать ограничивающим, т.е. непозволяющим организмам существовать в предлагаемых условиях:

а) для растений в океане на глубине 6000 м:

Температура,

Углекислый газ,

Соленость воды,

б) для растений в пустыне летом:

Температура,

Давление;

в) для скворца зимой в подмосковном лесу:

Температура,

Кислород,

Влажность воздуха,

г) для речной обыкновенной щуки в черном море:

Температура,

Соленость воды,

Кислород;

д) для кабана зимой в северной тайге:

Температура,

Кислород,

Влажность воздуха,

Высота снежного покрова.

4. Рассмотрите график зависимости (рис.1) численности семиточечной божьей коровки от температуры окружающей среды и укажите следующие параметры:

а) температура оптимальная для этого насекомого

б) диапазон температуры зоны оптимума

в) диапазон температуры зоны пессимума

г) две критические точки

д) пределы выносливости вида

Численность (особи)

Рис.1. Зависимость численности божьей коровки от температуры окружающей среды

5. Выберите фактор, который не является ограничивающим для овса на поле:

а) обилие воды

б) нехватка воды

в) высокая концентрация мышьяка в почве

г) нехватка ионов калия

д) обилие нитратов

е) высокая концентрация ионов свинца в почве

ж) низкая концентрация мышьяка в почве.