3.1. Czynniki abiotyczne

Czynniki abiotyczne (z greckiego - martwe) to składniki i zjawiska natury nieożywionej, nieorganicznej, które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na organizmy żywe. Zgodnie z obowiązującą klasyfikacją wyróżnia się następujące czynniki abiotyczne: klimatyczne, edaficzne (gleba), orograficzne lub topograficzne, hydrograficzne (środowisko wodne), chemiczne (tab. 1). Do najważniejszych czynników abiotycznych zalicza się światło, temperatura i wilgotność.

Tabela 1 – Klasyfikacja czynników środowiskowych

Czynniki abiotyczne	Biotyczny	Antropogeniczny
Klimatyczny: promieniowanie słoneczne, światło i warunki świetlne, temperatura, wilgotność, opady, wiatr, ciśnienie itp. edaficzny: mechaniczne i skład chemiczny gleba, wilgotność, reżim wodny, powietrzny i termiczny gleby, poziom wód gruntowych itp. Orograficzne (topograficzne): ulga (odnosi się do pośrednio działających czynników środowiskowych, ponieważ nie wpływa bezpośrednio na życie organizmów); ekspozycja (położenie elementów reliefowych w stosunku do punktów kardynalnych i przeważających wiatrów niosących wilgoć); wysokość nad poziomem morza. Hydrograficzne: czynniki środowiska wodnego. Chemiczny: skład gazowy atmosfery, skład soli w wodzie.	Fitogeniczne (wpływ roślin) Zoogeniczny (wpływ zwierzęta) Czynniki biotyczne dzielą się na: konkurs, drapieżnictwo,	z działalnością człowieka

Światło. Głównym źródłem energii dla wszystkich procesów zachodzących na Ziemi jest promieniowanie słoneczne. W widmie promieniowania słonecznego wyróżnia się obszary różniące się działaniem biologicznym: ultrafiolet, światło widzialne i podczerwień. Promienie ultrafioletowe o długości fali mniejszej niż 0,290 mikrona są niszczące dla wszystkich żywych istot. Promieniowanie to jest zatrzymywane przez warstwę ozonową atmosfery i tylko część promieni ultrafioletowych (0,300–0,400 mikronów) dociera do powierzchni Ziemi, co w małych dawkach ma korzystny wpływ na organizmy.

Promienie widzialne mają długość fali 0,400–0,750 mikronów i stanowią większość energii promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi. Te promienie są szczególnie ważny dla życia na Ziemi. Rośliny zielone wykorzystują energię tej konkretnej części widma słonecznego do syntezy substancji organicznych. Promienie podczerwone o długości fali większej niż 0,750 mikrona nie są postrzegane przez ludzkie oko, ale są odbierane jako ciepło i są ważnym źródłem energii wewnętrznej. Światło ma zatem niejednoznaczny wpływ na organizmy. Z jednej strony jest podstawowym źródłem energii, bez której życie na Ziemi nie jest możliwe, z drugiej może mieć negatywny wpływ na organizmy.

Tryb światła . Światło słoneczne przechodząc przez powietrze atmosferyczne (rysunek 3.1) jest odbijane, rozpraszane i pochłaniane. Każde siedlisko charakteryzuje się pewnym reżimem świetlnym. Ustala się go na podstawie stosunku natężenia (siły), ilości i jakości światła. Warunki świetlne są bardzo zmienne i zależą od położenie geograficzne teren, wysokość nad poziomem morza, warunki atmosferyczne, pora roku i dnia, rodzaj roślinności i inne czynniki. Intensywność lub moc świetlną mierzy się liczbą dżuli na 1 cm2 powierzchni poziomej na minutę. Na ten wskaźnik największy wpływ mają cechy płaskorzeźby: na południowych stokach natężenie światła jest większe niż na północnych. Światło bezpośrednie jest najbardziej intensywne, ale rośliny pełniej wykorzystują światło rozproszone. Ilość światła jest wskaźnikiem określanym na podstawie całkowitego promieniowania. Do określenia reżimu świetlnego brana jest pod uwagę również ilość odbitego światła, tzw. albedo. Wyraża się go jako procent całkowitego promieniowania. Na przykład albedo zielonych liści klonu wynosi 10%, a albedo pożółkłych jesiennych liści wynosi 28%. Należy podkreślić, że rośliny odbijają głównie promienie fizjologicznie nieaktywne.

Ze względu na światło wyróżnia się następujące grupy ekologiczne roślin: kochający światło(światło), kochający cień(cień), tolerancyjny w cieniu. Gatunki światłolubne żyją w strefie leśnej na otwartych przestrzeniach i są rzadkie. Tworzą rzadką i niską pokrywę roślinną, aby nie zacieniać się nawzajem. Rośliny kochające cień nie tolerują silnego światła i żyją pod okapem lasu w ciągłym cieniu. Są to głównie zioła leśne. Rośliny tolerujące cień mogą żyć w dobrym świetle, ale z łatwością tolerują pewne zacienienie. Należą do nich większość roślin leśnych. Ze względu na tę specyficzną siedlisko, te grupy roślin charakteryzują się pewnymi cechami funkcje adaptacyjne. W lesie rośliny tolerujące cień tworzą gęsto zamknięte drzewostany. Pod baldachimem mogą rosnąć drzewa i krzewy tolerujące cień, a pod nimi mogą rosnąć jeszcze bardziej tolerancyjne na cień i kochające cień krzewy i zioła.

Rysunek 3.1 – Bilans promieniowania słonecznego na powierzchni

Ziemia w dzień (wg N. I. Nikolaikin, 2004)

Światło jest warunkiem orientacji zwierząt. Zwierzęta dzielą się na gatunki dzienne, nocne i zmierzchowe. Reżim świetlny wpływa również na rozmieszczenie geograficzne zwierząt. Dlatego niektóre gatunki ptaków i ssaków osiedlają się na dużych szerokościach geograficznych z długimi dniami polarnymi latem, a jesienią, gdy dni są krótsze, migrują lub migrują na południe.

Jednym z najważniejszych czynników środowiskowych, czynnikiem niezastąpionym i uniwersalnym, jest temperatura . Określa poziom aktywności organizmów, wpływa na procesy metaboliczne, rozmnażanie, rozwój i inne aspekty ich życia. Od tego zależy rozmieszczenie organizmów. Należy zauważyć, że w zależności od temperatury ciała rozróżnia się organizmy poikilotermiczne i homeotermiczne. Organizmy poikilotermiczne (z greckiego - różne i ciepło) to zwierzęta zimnokrwiste o niestabilnej temperaturze wewnętrznej ciała, zmieniającej się w zależności od temperatury otoczenia. Należą do nich wszystkie bezkręgowce, a do kręgowców zaliczają się ryby, płazy i gady. Temperatura ich ciała jest z reguły o 1–2°C wyższa od temperatury zewnętrznej lub jej równa. Kiedy temperatura otoczenia wzrasta lub spada powyżej wartości optymalnych, organizmy te popadają w odrętwienie lub giną. Brak doskonałych mechanizmów termoregulacyjnych u zwierząt poikilotermicznych wynika ze stosunkowo słabego rozwoju układu nerwowego i niskiego poziomu metabolizmu w porównaniu z organizmami homeotermicznymi. Organizmy homeotermiczne to zwierzęta stałocieplne, których temperatura jest mniej więcej stała i z reguły nie zależy od temperatury otoczenia. Należą do nich ssaki i ptaki, u których stałość temperatury wiąże się z wyższym poziomem metabolizmu w porównaniu z organizmami poikilotermicznymi. Dodatkowo posiadają warstwę termoizolacyjną (pióro, futro, warstwa tłuszczu). Ich temperatura jest stosunkowo wysoka: u ssaków wynosi 36–37°C, a u ptaków w spoczynku – do 40–41°C.

Tryb termiczny . Jak zauważono, temperatura jest ważnym czynnikiem środowiskowym, który wpływa na istnienie, rozwój i rozmieszczenie organizmów. Jednocześnie liczy się nie tylko bezwzględna ilość ciepła, ale także jego rozkład w czasie, czyli reżim termiczny. Reżim termiczny roślin składa się z warunków temperaturowych, które charakteryzują się takim lub innym czasem trwania i zmianami w określonej kolejności w połączeniu z innymi czynnikami. U zwierząt, w połączeniu z wieloma innymi czynnikami, determinuje ich dzienną i sezonową aktywność. Tylko w strefach tropikalnych reżim termiczny jest stosunkowo stały przez cały rok. Na północy i południu dzienne i sezonowe wahania temperatury rosną wraz z odległością od równika. Rośliny i zwierzęta dostosowując się do nich wykazują odmienne zapotrzebowanie na ciepło różne okresy. Na przykład kiełkowanie nasion następuje w niższych temperaturach niż ich późniejszy wzrost; okres kwitnienia wymaga więcej ciepła niż okres dojrzewania owoców. W różnych organizmach zachodzą procesy biologiczne w optymalnych temperaturach reguła van't Hoffa zgodnie z którą szybkość reakcji chemicznych wzrasta 2–3 razy przy wzroście temperatury o każde 10°C. Dla roślin, podobnie jak zwierząt, istotna jest całkowita ilość ciepła, jaką mogą otrzymać z otoczenia. Temperatury leżące powyżej dolnego progu rozwoju i nie przekraczające górnego progu nazywane są temperaturami efektywnymi. Ilość ciepła potrzebnego do rozwoju jest określana przez sumę temperatur efektywnych lub sumę ciepła. Temperaturę efektywną można łatwo określić, znając dolny próg rozwoju i obserwowaną temperaturę. Przykładowo, jeśli dolny próg rozwoju organizmu wynosi 10°C, a aktualna temperatura wynosi 25°C, to efektywna temperatura wyniesie 15°C (25–10°C). Suma temperatur efektywnych dla każdego gatunku roślin i zwierząt poikilotermicznych jest wartością stosunkowo stałą.

Rośliny mają różne adaptacje anatomiczne, morfologiczne i fizjologiczne, które łagodzą szkodliwe działanie wysokich i niskich temperatur: intensywność transpiracji (wraz ze spadkiem temperatury parowanie wody przez aparaty szparkowe następuje mniej intensywnie, w wyniku czego zmniejsza się przekazywanie ciepła i odwrotnie); gromadzenie się soli w komórkach, które zmieniają temperaturę koagulacji plazmy, właściwość chlorofilu zapobiegająca przenikaniu najgorętszego światła słonecznego. Akumulacja cukru i innych substancji w komórkach roślin mrozoodpornych, zwiększających stężenie soków komórkowych, powoduje, że roślina jest bardziej odporna i ma ogromne znaczenie dla ich termoregulacji. Wpływ warunków termicznych można zaobserwować także u zwierząt. W miarę oddalania się od biegunów w stronę równika rozmiary systematycznie podobnych zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała rosną, a przy stałych maleją. Przepis ten odzwierciedla Reguła Bergmana. Jedną z przyczyn tego zjawiska jest wzrost temperatury w tropikach i subtropikach. W małych formach zwiększa się względna powierzchnia ciała i zwiększa się wymiana ciepła, co ma negatywny wpływ w umiarkowanych i dużych szerokościach geograficznych, przede wszystkim u zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała. Temperatura ciała organizmów ma znaczący wpływ na kształtowanie kształtu. Pod wpływem czynnika termicznego tworzą takie cechy morfologiczne jak powierzchnia odblaskowa; złogi tłuszczu, puch, pióra i futro u ptaków i ssaków. W Arktyce, wysoko w górach, większość owadów ma ciemny kolor, co zwiększa absorpcję światła słonecznego. U zwierząt o stałej temperaturze ciała w zimnych strefach klimatycznych występuje tendencja do zmniejszania powierzchni wystających części ciała - Reguła Allena, gdyż oddają do otoczenia największą ilość ciepła (rysunek 3.2). U ssaków w niskich temperaturach wielkość ogona, kończyn i uszu jest stosunkowo zmniejszona, a sierść rozwija się lepiej. Zatem wielkość uszu lisa polarnego (mieszkańca tundry) jest niewielka, u lisa rosną, co jest typowe dla umiarkowanych szerokości geograficznych, i stają się dość duże u lisa fenka (mieszkańca pustyń Afryki). Ogólnie rzecz biorąc, w odniesieniu do temperatury zmiany anatomiczne i morfologiczne zarówno u roślin, jak i zwierząt mają na celu przede wszystkim regulację poziomu utraty ciepła. W toku długiego rozwoju historycznego, przystosowując się do okresowych zmian warunków temperaturowych, organizmy, w tym żyjące w lasach, wykształciły odmienne zapotrzebowanie na ciepło w różnych okresach życia.

Rysunek 3.2 – Różnice w długości uszu trzech gatunków lisów,

mieszkających w różnych obszarach geograficznych

(wg A. S. Stepanovskikh, 2003)

Warunki termiczne wpływają również na rozmieszczenie roślin i zwierząt na całym świecie. Historycznie są one przystosowane do określonych warunków termicznych. Dlatego współczynnik temperatury jest bezpośrednio powiązany z rozmieszczeniem roślin i zwierząt. W takim czy innym stopniu determinuje populację różnych stref naturalnych przez organizmy. W 1918 r. sformułował A. Holkins prawo bioklimatyczne. Ustalił, że istnieje naturalny, dość ścisły związek pomiędzy rozwojem zjawisk fenologicznych a szerokością, długością i wysokością nad poziomem morza. Istota tego prawa polega na tym, że w miarę przemieszczania się na północ, wschód i w góry czas wystąpienia zjawisk okresowych (takich jak kwitnienie, owocowanie, zrzucanie liści) w aktywności życiowej organizmów opóźnia się o 4 dni na każdy stopień szerokości geograficznej, 5 stopni długości geograficznej i około 100 m wysokości. Istnieje związek pomiędzy granicami rozmieszczenia roślin i zwierząt a liczbą dni w roku z określoną średnią temperaturą. Na przykład izolinie ze średnią temperaturą dobową powyżej 7°C przez ponad 225 dni w roku pokrywają się z granicą występowania buka w Europie. Duże znaczenie mają jednak nie średnie dobowe temperatury, ale ich wahania w połączeniu z innymi czynnikami środowiskowymi, warunkami ekoklimatycznymi i mikroklimatycznymi.

Rozkład ciepła wiąże się z różnymi czynnikami: obecnością zbiorników wodnych (w ich pobliżu amplituda wahań temperatury jest mniejsza); cechy rzeźby terenu, topografia terenu. Tym samym na północnych i południowych stokach wzgórz i wąwozów obserwuje się dość duże różnice temperatur. Ukształtowanie terenu, determinujące ekspozycję stoków, wpływa na stopień ich nagrzania. Prowadzi to do powstania nieco odmiennych zespołów roślinnych i grup zwierzęcych na południowych i północnych stokach. Na południu tundry roślinność leśna występuje na zboczach dolin rzecznych, na terenach zalewowych lub na wzgórzach pośrodku równiny, ponieważ są to miejsca najbardziej nagrzewające się.

Wraz ze zmianą temperatury powietrza zmienia się również temperatura gleby. Różne gleby nagrzewają się inaczej w zależności od koloru, struktury, wilgotności i ekspozycji. Ogrzewaniu i ochładzaniu powierzchni gleby zapobiega pokrywa roślinna. W ciągu dnia temperatura powietrza pod okapem lasu jest zawsze niższa niż na otwartych przestrzeniach, a nocą w lesie jest cieplej niż na polu. Wpływa to na skład gatunkowy zwierząt: nawet na tym samym obszarze często są one różne.

Do ważnych czynników środowiskowych zalicza się wilgotność (woda) . Woda jest niezbędna dla każdej protoplazmy. Wszystkie procesy fizjologiczne zachodzą przy udziale wody. Organizmy żywe wykorzystują roztwory wodne (takie jak krew i soki trawienne) do utrzymania swoich procesów fizjologicznych. Częściej niż inne czynniki środowiskowe ogranicza wzrost i rozwój roślin. Z ekologicznego punktu widzenia woda jest czynnikiem ograniczającym zarówno w siedliskach lądowych, jak i wodnych, gdzie jej ilość podlega silnym wahaniom. Należy zauważyć, że organizmy lądowe stale tracą wodę i wymagają regularnego uzupełniania. W procesie ewolucji wykształciły liczne adaptacje regulujące metabolizm wody. Zapotrzebowanie roślin na wodę w różnych okresach rozwoju nie jest takie samo, szczególnie w różne typy. Różni się w zależności od klimatu i rodzaju gleby. Dla każdej fazy wzrostu i etapu rozwoju każdego rodzaju rośliny wyróżnia się okres krytyczny, w którym brak wody szczególnie negatywnie wpływa na jej życie. Niemal wszędzie, z wyjątkiem wilgotnych tropików, rośliny lądowe doświadczają suszy, czyli chwilowego braku wody. Niedobór wilgoci ogranicza wzrost roślin i powoduje niski wzrost oraz niepłodność z powodu niedorozwoju narządów generatywnych. Susza atmosferyczna silnie objawia się wysokimi temperaturami latem, susza glebowa – wraz ze spadkiem wilgotności gleby. Jednocześnie istnieją rośliny wrażliwe na ten lub inny niedobór. Buk może żyć na stosunkowo suchej glebie, ale jest bardzo wrażliwy na wilgotność powietrza. Rośliny leśne wymagają dużej zawartości pary wodnej w powietrzu. Wilgotność powietrza określa częstotliwość aktywne życie organizmów, sezonowa dynamika cykli życiowych, wpływa na czas ich rozwoju, płodność i śmiertelność.

Jak widać każdy z tych czynników odgrywa ogromną rolę w życiu organizmów. Ale ważne jest dla nich również połączone działanie światła, temperatury i wilgotności. Gazy atmosferyczne (tlen, dwutlenek węgla, wodór), składniki odżywcze (fosfor, azot), wapń, siarka, magnez, miedź, kobalt, żelazo, cynk, bor, krzem; prądy i ciśnienie, zasolenie i inne czynniki abiotyczne środowiska wpływają na organizmy. Podsumowanie danych na temat głównych abiotycznych czynników środowiska, rytmu i zakresu ich działania przedstawiono w tabeli 2.

Poprzedni

Środowisko otaczające istoty żywe składa się z wielu elementów. W różny sposób wpływają na życie organizmów. Te ostatnie odmiennie reagują na różne czynniki środowiskowe. Poszczególne elementy środowiska oddziałujące z organizmami nazywane są czynnikami środowiskowymi. Warunki życia to zespół istotnych czynników środowiskowych, bez których organizmy żywe nie mogą istnieć. W stosunku do organizmów pełnią rolę czynników środowiskowych.

Klasyfikacja czynników środowiskowych.

Akceptowane są wszystkie czynniki środowiskowe klasyfikować(podzielić) na następujące główne grupy: abiotyczny, biotyczny I antropiczny. V Abiotyczny (abiogenny) Czynnikami są czynniki fizyczne i chemiczne przyroda nieożywiona. Biotyczny, Lub biogenny, czynniki to bezpośredni lub pośredni wpływ organizmów żywych zarówno na siebie nawzajem, jak i na środowisko. Antropogeniczny (antropogeniczny) czynniki w ostatnie lata przypisany do niezależnej grupy czynników wśród biotycznych, ze względu na ich wielka wartość. Są to czynniki bezpośredniego lub pośredniego wpływu człowieka i jego działalności gospodarczej na organizmy żywe i środowisko.

Czynniki abiotyczne.

Do czynników abiotycznych zalicza się elementy przyrody nieożywionej oddziałujące na organizm żywy. Rodzaje czynników abiotycznych przedstawiono w tabeli. 1.2.2.

Tabela 1.2.2. Główne typy czynników abiotycznych

Czynniki klimatyczne.

Wszystkie czynniki abiotyczne manifestują się i działają w obrębie trzech powłok geologicznych Ziemi: atmosfera, hydrosfera I litosfera. Czynniki, które przejawiają się (działają) w atmosferze i podczas jej interakcji z hydrosferą lub litosferą, nazywane są klimatyczny. ich manifestacja zależy od właściwości fizycznych i chemicznych powłok geologicznych Ziemi, od ilości i rozkładu przenikającej i docierającej do nich energii słonecznej.

Promieniowanie słoneczne.

Wśród różnorodnych czynników środowiskowych największe znaczenie ma promieniowanie słoneczne. (promieniowanie słoneczne). Jest to ciągły przepływ cząstek elementarnych (prędkość 300-1500 km/s) i fal elektromagnetycznych (prędkość 300 tys. km/s), który niesie do Ziemi ogromną ilość energii. Głównym źródłem życia na naszej planecie jest promieniowanie słoneczne. Pod ciągłym przepływem promieniowania słonecznego życie powstało na Ziemi, przeszło długą drogę ewolucji i istnieje nadal, zależne od energii słonecznej. Główne właściwości energii promieniowania Słońca jako czynnika środowiskowego są określone przez długość fali. Fale przechodzące przez atmosferę i docierające do Ziemi mierzone są w zakresie od 0,3 do 10 mikronów.

W zależności od charakteru oddziaływania na organizmy żywe, widmo promieniowania słonecznego dzieli się na trzy części: promieniowanie ultrafioletowe, światło widzialne I promieniowanie podczerwone.

Krótkofalowe promienie ultrafioletowe są prawie całkowicie pochłaniane przez atmosferę, czyli ekran ozonowy. Niewielka ilość promieni ultrafioletowych przenika przez powierzchnię ziemi. Ich długość fali mieści się w zakresie 0,3-0,4 mikrona. Stanowią one 7% energii promieniowania słonecznego. Promienie krótkofalowe mają szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Mogą powodować zmiany w materiale dziedzicznym - mutacje. Dlatego w procesie ewolucji organizmy, które przez długi czas były narażone na promieniowanie słoneczne, wykształciły adaptacje chroniące przed promieniami ultrafioletowymi. Wiele z nich wytwarza w swojej powłoce dodatkowe ilości czarnego pigmentu – melaniny, która chroni przed wnikaniem niepożądanych promieni. Dlatego ludzie opalają się, przebywając na świeżym powietrzu przez długi czas. W wielu regionach przemysłowych istnieje tzw industrialny melanizm- przyciemnienie koloru zwierząt. Ale nie dzieje się to pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, ale z powodu zanieczyszczenia sadzą i pyłami otoczenia, których elementy zwykle stają się ciemniejsze. Na tak ciemnym tle przeżywają ciemniejsze formy organizmów (są dobrze zakamuflowane).

Światło widzialne pojawia się w zakresie długości fali od 0,4 do 0,7 µm. Odpowiada za 48% energii promieniowania słonecznego.

To wpływa również niekorzystnie na żywe komórki i ogólnie na ich funkcje: zmienia lepkość protoplazmy, wielkość ładunku elektrycznego cytoplazmy, zakłóca przepuszczalność błon i zmienia ruch cytoplazmy. Światło wpływa na stan koloidów białkowych i przebieg procesów energetycznych w komórkach. Mimo to światło widzialne było, jest i nadal będzie jednym z najważniejszych źródeł energii dla wszystkich żywych istot. W procesie wykorzystywana jest jego energia fotosynteza i gromadzi się w postaci wiązań chemicznych w produktach fotosyntezy, a następnie jest przekazywany jako pożywienie wszystkim innym żywym organizmom. Ogólnie rzecz biorąc, możemy powiedzieć, że wszystkie żywe istoty w biosferze, a nawet ludzie, zależą od energii słonecznej, od fotosyntezy.

Światło dla zwierząt jest warunkiem niezbędnym do percepcji informacji o środowisku i jego elementach, wzroku, orientacji wzrokowej w przestrzeni. W zależności od warunków życia zwierzęta przystosowały się do różnego stopnia oświetlenia. Niektóre gatunki zwierząt prowadzą dzienny tryb życia, inne zaś są najbardziej aktywne o zmierzchu lub w nocy. Większość ssaków i ptaków prowadzi półmrok, ma trudności z rozróżnianiem kolorów i widzi wszystko w czerni i bieli (kły, koty, chomiki, sowy, lelki itp.). Życie w półmroku lub przy słabym oświetleniu często prowadzi do przerostu oka. Stosunkowo duże oczy, zdolne do wychwytywania drobnych ułamków światła, charakterystyczne dla zwierząt prowadzących nocny tryb życia lub żyjących w całkowitej ciemności i prowadzonymi przez luminescencyjne narządy innych organizmów (lemury, małpy, sowy, ryby głębinowe itp.). Jeśli w warunkach całkowitej ciemności (w jaskiniach, pod ziemią w norach) nie ma innych źródeł światła, wówczas żyjące tam zwierzęta z reguły tracą narządy wzroku (proteus europejski, kretoszczur itp.).

Temperatura.

Źródłami czynnika temperaturowego na Ziemi są promieniowanie słoneczne i procesy geotermalne. Chociaż jądro naszej planety charakteryzuje się niezwykle wysokimi temperaturami, jego wpływ na powierzchnię planety jest znikomy, z wyjątkiem stref aktywności wulkanicznej i uwalniania się wód geotermalnych (gejzery, fumarole). W związku z tym za główne źródło ciepła w biosferze można uznać promieniowanie słoneczne, czyli promienie podczerwone. Promienie docierające do powierzchni Ziemi są pochłaniane przez litosferę i hydrosferę. Litosfera, jako ciało stałe, nagrzewa się szybciej i równie szybko się ochładza. Hydrosfera ma większą pojemność cieplną niż litosfera: nagrzewa się powoli i powoli się ochładza, dzięki czemu zatrzymuje ciepło przez długi czas. Powierzchniowe warstwy troposfery nagrzewają się w wyniku promieniowania ciepła z hydrosfery i powierzchni litosfery. Ziemia pochłania promieniowanie słoneczne i emituje energię z powrotem do pozbawionej powietrza przestrzeni. A jednak atmosfera ziemska pomaga zatrzymać ciepło w powierzchniowych warstwach troposfery. Atmosfera dzięki swoim właściwościom przepuszcza krótkofalowe promienie podczerwone i blokuje długofalowe promienie podczerwone emitowane przez nagrzaną powierzchnię Ziemi. To zjawisko atmosferyczne ma swoją nazwę efekt cieplarniany. To dzięki niemu powstał świat możliwe życie. Efekt cieplarniany pomaga zatrzymać ciepło w powierzchniowych warstwach atmosfery (skupia się tu większość organizmów) i wyrównuje wahania temperatury w ciągu dnia i nocy. Przykładowo na Księżycu, który znajduje się w niemal takich samych warunkach kosmicznych jak Ziemia, a na którym nie ma atmosfery, dobowe wahania temperatury na jego równiku pojawiają się w przedziale od 160°C do +120°C.

Rozpiętość temperatur dostępnych w środowisku sięga tysięcy stopni (gorąca magma wulkanów i najniższe temperatury na Antarktydzie). Granice, w jakich może istnieć znane nam życie, są dość wąskie i wynoszą około 300°C, od -200°C (zamarzanie w skroplonych gazach) do +100°C (temperatura wrzenia wody). W rzeczywistości większość gatunków i większość ich aktywności ogranicza się do jeszcze węższego zakresu temperatur. Ogólny zakres temperatur aktywnego życia na Ziemi ogranicza się do następujących wartości temperatur (tabela 1.2.3):

Tabela 1.2.3 Zakres temperatur życia na Ziemi

Rośliny przystosowują się do różnych temperatur, a nawet ekstremalnych. Nazywa się te, które tolerują wysokie temperatury rośliny stymulujące ciepło. Tolerują przegrzanie do 55-65° C (niektóre kaktusy). Gatunki rosnące w warunkach wysokie temperatury, są łatwiej tolerowane ze względu na znaczne skrócenie wielkości liści, rozwój włochatego (owłosionego) lub odwrotnie, woskowatego nalotu itp. Rośliny, bez uszczerbku dla swojego rozwoju, są w stanie wytrzymać długotrwałe narażenie na niskie temperatur (od 0 do -10°C), tzw odporny na zimno.

Chociaż temperatura jest ważnym czynnikiem środowiskowym wpływającym na organizmy żywe, jej działanie jest w dużym stopniu zależne od jej połączenia z innymi czynnikami abiotycznymi.

Wilgotność.

Wilgotność jest ważnym czynnikiem abiotycznym, o którym decyduje obecność wody lub pary wodnej w atmosferze lub litosferze. Sama woda jest związkiem nieorganicznym niezbędnym do życia organizmów żywych.

Woda w atmosferze występuje zawsze w postaci woda pary. Rzeczywista masa wody na jednostkę objętości powietrza nazywa się wilgotność bezwzględna, oraz procent pary w stosunku do maksymalnej ilości, jaką może zawierać powietrze wilgotność względna. Temperatura jest głównym czynnikiem wpływającym na zdolność powietrza do zatrzymywania pary wodnej. Przykładowo w temperaturze +27°C powietrze może zawierać dwukrotnie więcej wilgoci niż w temperaturze +16°C. Oznacza to, że wilgotność bezwzględna w temperaturze 27°C będzie 2 razy większa niż w temperaturze 16°C, natomiast wilgotność względna w obu przypadkach będzie wynosić 100%.

Woda jako czynnik środowiskowy jest niezwykle niezbędna organizmom żywym, gdyż bez niej nie może zachodzić metabolizm i wiele innych procesów z nią związanych. Procesy metaboliczne organizmów zachodzą w obecności wody (w roztworach wodnych). Wszystkie organizmy żywe są układami otwartymi, dlatego stale doświadczają utraty wody i zawsze muszą uzupełniać jej zapasy. Do normalnego życia rośliny i zwierzęta muszą utrzymywać pewną równowagę pomiędzy napływem wody do organizmu a jej utratą. Duża utrata wody z organizmu (odwodnienie) prowadzić do zmniejszenia jego aktywności życiowej, a następnie do śmierci. Rośliny zaspokajają swoje potrzeby wodne poprzez opady atmosferyczne i wilgotność powietrza, a zwierzęta także poprzez pożywienie. Odporność organizmów na obecność lub brak wilgoci w środowisku jest zróżnicowana i zależy od zdolności przystosowawczych gatunku. Pod tym względem wszystkie organizmy lądowe dzielą się na trzy grupy: higrofilny(lub kochający wilgoć), mezofilny(lub umiarkowanie kochający wilgoć) i kserofilny(lub kochający suchość). Jeśli chodzi o rośliny i zwierzęta oddzielnie, ta sekcja będzie wyglądać następująco:

1) organizmy higrofilne:

- higrofity(rośliny);

- higrofile(zwierzę);

2) organizmy mezofilne:

- mezofity(rośliny);

- mezofile(zwierzę);

3) organizmy kserofilne:

- kserofity(rośliny);

- kserofile lub higrofobii(zwierzęta).

Potrzebujesz najwięcej wilgoci organizmy higrofilne. Wśród roślin będą to te, które żyją na glebach nadmiernie wilgotnych o dużej wilgotności powietrza (higrofity). W warunkach środkowej strefy należą do roślin zielnych rosnących w zacienionych lasach (szczawik, paprocie, fiołki, trawa szczelinowa itp.) Oraz na otwartych przestrzeniach (nagietek, rosiczka itp.).

Zwierzęta higrofilne (higrofile) obejmują zwierzęta ekologicznie związane ze środowiskiem wodnym lub obszarami podmokłymi. Potrzebują stałej obecności dużej ilości wilgoci w środowisku. Są to zwierzęta z tropikalnych lasów deszczowych, bagien i wilgotnych łąk.

Organizmy mezofilne wymagają umiarkowanej ilości wilgoci i zwykle kojarzą się z umiarkowanie ciepłymi warunkami i dobrym odżywieniem mineralnym. Mogą to być rośliny leśne i rośliny terenów otwartych. Są wśród nich drzewa (lipa, brzoza), krzewy (leszczyna, kruszyna) i jeszcze więcej ziół (koniczyna, tymotka, kostrzewa, konwalia, trawa kopytna itp.). Ogólnie rzecz biorąc, mezofity są szeroką ekologiczną grupą roślin. Dla zwierząt mezofilnych (mezofile) należy do większości organizmów żyjących w warunkach umiarkowanych i subarktycznych lub w niektórych górzystych obszarach lądu.

Organizmy kserofilne - Jest to dość zróżnicowana grupa ekologiczna roślin i zwierząt, które przystosowały się do suchych warunków życia poprzez: ograniczenie parowania, zwiększenie produkcji wody oraz tworzenie zapasów wody na długie okresy braku wody.

Rośliny żyjące w suchych warunkach radzą sobie z nimi na różne sposoby. Niektóre nie mają rozwiązań konstrukcyjnych pozwalających poradzić sobie z brakiem wilgoci. ich istnienie jest możliwe w suchych warunkach jedynie dzięki temu, że w krytycznym momencie znajdują się w stanie spoczynku w postaci nasion (efemeryd) lub cebul, kłączy, bulw (efemerydów), bardzo łatwo i szybko przechodzą do aktywnego życia i całkowicie zanikają w krótkim czasie rocznego cyklu rozwojowego. Efemeryda rozpowszechniony głównie na pustyniach, półpustyniach i stepach (rozchodnica, starosta wiosenna, rzepa itp.). Efemeroidy(z greckiego efemeryczny I Patrzeć)- są to wieloletnie rośliny zielne, głównie jare, (turzyce, zboża, tulipany itp.).

Bardzo wyjątkowymi kategoriami roślin, które przystosowały się do tolerowania warunków suszy, są sukulenty I sklerofity. Sukulenty (z greckiego. soczysty) potrafią gromadzić duże ilości wody i stopniowo ją marnować. Na przykład niektóre kaktusy z pustyń Ameryki Północnej mogą zawierać od 1000 do 3000 litrów wody. Woda gromadzi się w liściach (aloes, rozchodnik, agawa, młode) lub łodygach (kaktusy i mlecza kaktusopodobne).

Zwierzęta pozyskują wodę na trzy główne sposoby: bezpośrednio poprzez picie lub wchłanianie przez powłokę, z pożywieniem oraz w wyniku metabolizmu.

Wiele gatunków zwierząt pije wodę i to w dość dużych ilościach. Na przykład gąsienice jedwabnika chińskiego dębu mogą wypić do 500 ml wody. Niektóre gatunki zwierząt i ptaków wymagają regularnego spożywania wody. Dlatego wybierają określone źródła i regularnie je odwiedzają jako miejsca do wodopoju. Gatunki ptaków pustynnych codziennie przylatują do oaz, piją tam wodę i przynoszą wodę swoim pisklętom.

Niektóre gatunki zwierząt, które nie spożywają wody poprzez bezpośrednie picie, mogą ją spożywać wchłaniając ją całą powierzchnią skóry. Owady i larwy żyjące w glebie zwilżonej pyłem drzewnym mają powłokę przepuszczalną dla wody. Australijska jaszczurka moloch pochłania wilgoć z opadów atmosferycznych przez skórę, która jest wyjątkowo higroskopijna. Wiele zwierząt czerpie wilgoć z soczystego pożywienia. Takim soczystym pokarmem może być trawa, soczyste owoce, jagody, cebule i bulwy roślin. Żółw stepowy zamieszkujący stepy środkowoazjatyckie spożywa wodę wyłącznie z soczystego pożywienia. W tych regionach, na obszarach upraw warzyw lub na polach melonów, żółwie wyrządzają ogromne szkody, żerując na melonach, arbuzach i ogórkach. Niektóre zwierzęta drapieżne pozyskują wodę również poprzez zjadanie swojej ofiary. Jest to typowe na przykład dla fenka afrykańskiego.

Gatunki żywiące się wyłącznie suchą karmą i nie mające możliwości spożywania wody, pozyskują ją poprzez metabolizm, czyli chemicznie podczas trawienia pokarmu. Woda metaboliczna może powstawać w organizmie w wyniku utleniania tłuszczów i skrobi. Jest to ważny sposób pozyskiwania wody, zwłaszcza dla zwierząt zamieszkujących gorące pustynie. Dlatego myszoskoczek czerwonogoniasty czasami żeruje wyłącznie na suchych nasionach. Znane są eksperymenty, w których w niewoli północnoamerykańska mysz jeleniowata żyła przez około trzy lata, jedząc wyłącznie suche ziarna jęczmienia.

Czynniki żywnościowe.

Powierzchnia litosfery Ziemi stanowi odrębne środowisko życia, które charakteryzuje się własnym zespołem czynników środowiskowych. Ta grupa czynników nazywa się edaficzny(z greckiego edafos- gleba). Gleby mają swoją strukturę, skład i właściwości.

Gleby charakteryzują się określoną wilgotnością, składem mechanicznym, zawartością związków organicznych, nieorganicznych i organiczno-mineralnych oraz określoną kwasowością. Wiele właściwości samej gleby i rozmieszczenie w niej organizmów żywych zależy od wskaźników.

Na przykład, poszczególne gatunki rośliny i zwierzęta uwielbiają gleby o określonej kwasowości, a mianowicie: mchy torfowce, dzikie porzeczki, olchy rosną na glebach kwaśnych, a zielone mchy leśne rosną na obojętnych.

Larwy chrząszczy, mięczaki lądowe i wiele innych organizmów również reagują na pewną kwasowość gleby.

Skład chemiczny gleby jest bardzo ważny dla wszystkich organizmów żywych. Dla roślin najważniejsze są nie tylko te pierwiastki chemiczne, których zużywają w dużych ilościach (azot, fosfor, potas i wapń), ale także te, których jest mało (mikroelementy). Niektóre rośliny selektywnie gromadzą pewne rzadkie pierwiastki. Na przykład rośliny krzyżowe i baldaszkowate gromadzą w swoich organizmach siarkę 5–10 razy więcej niż inne rośliny.

Nadmierna zawartość niektórych pierwiastki chemiczne w glebie może negatywnie (patologicznie) wpływać na zwierzęta. Przykładowo w jednej z dolin Tuwy (Rosja) zauważono, że owce cierpiały na jakąś konkretną chorobę, która objawiała się wypadaniem włosów, deformacją kopyt itp. Później okazało się, że w tej dolinie była podwyższona zawartość selenu . Kiedy pierwiastek ten przedostawał się do organizmu owiec w nadmiarze, wywoływał przewlekłą zatrucie selenem.

Gleba ma swój własny reżim termiczny. Razem z wilgocią wpływa na tworzenie się gleby, różne procesy zachodzących w glebie (fizykochemicznych, chemicznych, biochemicznych i biologicznych).

Ze względu na niską przewodność cieplną gleby są w stanie złagodzić wahania temperatury wraz z głębokością. Na głębokości nieco ponad 1 m dobowe wahania temperatury są prawie niezauważalne. Przykładowo na pustyni Karakum, która charakteryzuje się ostro kontynentalnym klimatem, latem, gdy temperatura powierzchni gleby sięga +59°C, w norach gryzoni myszoskoczków w odległości 70 cm od wejścia temperatura wynosiła spadła o 31°C i wyniosła +28°C. Zimą, podczas mroźnej nocy, temperatura w norach myszoskoczków wynosiła +19°C.

Gleba to unikalne połączenie właściwości fizycznych i chemicznych powierzchni litosfery oraz zamieszkujących ją organizmów żywych. Nie można sobie wyobrazić gleby bez żywych organizmów. Nic dziwnego, że słynny geochemik V.I. Wernadski nazwał gleby ciało bioinertne.

Czynniki orograficzne (ulga).

Ulga nie dotyczy tak bezpośrednio działających czynników środowiskowych jak woda, światło, ciepło, gleba. Jednak charakter ulgi w życiu wielu organizmów ma wpływ pośredni.

c W zależności od wielkości form dość umownie wyróżnia się płaskorzeźbę kilku rzędów: makrorelief (góry, niziny, obniżenia międzygórskie), mezorelief (wzgórza, wąwozy, grzbiety itp.) oraz mikrorelief (małe zagłębienia, nierówności itp.). ). Każdy z nich odgrywa pewną rolę w tworzeniu kompleksu czynników środowiskowych dla organizmów. W szczególności ulga wpływa na redystrybucję czynników takich jak wilgoć i ciepło. Zatem nawet niewielkie krople rzędu kilkudziesięciu centymetrów tworzą warunki o dużej wilgotności. Woda przepływa z obszarów wzniesionych do niższych, gdzie powstają korzystne warunki dla organizmów kochających wilgoć. Północne i południowe stoki charakteryzują się różnym oświetleniem i warunkami termicznymi. W warunkach górskich na stosunkowo małych obszarach powstają znaczne amplitudy wysokościowe, co prowadzi do powstawania różnych kompleksów klimatycznych. W szczególności ich typowymi cechami są niskie temperatury, silne wiatry, zmiany trybu nawilżania, składu gazów w powietrzu itp.

Na przykład wraz ze wzrostem poziomu morza temperatura powietrza spada o 6 ° C na każde 1000 m Chociaż jest to charakterystyczne dla troposfery, ze względu na rzeźbę terenu (wzgórza, góry, płaskowyże górskie itp.) Organizmy lądowe. mogą znaleźć się w warunkach odbiegających od tych w sąsiednich regionach. Na przykład pasmo górskie Kilimandżaro w Afryce otoczone jest u podnóża sawannami, a wyżej na zboczach znajdują się plantacje kawy, bananów, lasy i alpejskie łąki. Szczyty Kilimandżaro pokryte są wiecznym śniegiem i lodowcami. Jeżeli temperatura powietrza na poziomie morza wynosi +30°C, to ujemne temperatury pojawią się już na wysokości 5000 m npm. W strefach umiarkowanych spadek temperatury na każde 6°C odpowiada przesunięciu się o 800 km w kierunku wysokich szerokości geograficznych.

Ciśnienie.

Ciśnienie objawia się zarówno w środowisku powietrznym, jak i wodnym. W powietrze atmosferyczne ciśnienie zmienia się sezonowo, w zależności od warunków pogodowych i wysokości. Szczególnie interesujące są adaptacje organizmów żyjących w warunkach niskiego ciśnienia i rozrzedzonego powietrza na wyżynach.

Ciśnienie w środowisku wodnym zmienia się w zależności od głębokości: wzrasta o około 1 atm na każde 10 m. Dla wielu organizmów istnieją granice zmiany ciśnienia (głębokości), do których się przystosowały. Na przykład ryby głębinowe (ryby z głębi świata) są w stanie wytrzymać duży nacisk, ale nigdy nie wypływają na powierzchnię morza, ponieważ dla nich jest to śmiertelne. I odwrotnie, nie wszystkie organizmy morskie są w stanie nurkować na duże głębokości. Na przykład kaszalot może nurkować na głębokość do 1 km, a ptaki morskie - do 15-20 m, skąd zdobywają pożywienie.

Organizmy żywe na lądzie i w środowisku wodnym wyraźnie reagują na zmiany ciśnienia. Kiedyś zauważono, że ryby potrafią dostrzec nawet niewielkie zmiany ciśnienia. ich zachowanie zmienia się, gdy zmienia się ciśnienie atmosferyczne (na przykład przed burzą). W Japonii niektóre ryby trzyma się specjalnie w akwariach, a zmiany w ich zachowaniu wykorzystuje się do oceny ewentualnych zmian pogody.

Zwierzęta lądowe, dostrzegając niewielkie zmiany ciśnienia, na podstawie swojego zachowania potrafią przewidzieć zmiany warunków pogodowych.

Nierównomierne ciśnienie, będące efektem nierównomiernego nagrzania przez Słońce i rozkładu ciepła zarówno w wodzie, jak i w powietrzu atmosferycznym, stwarza warunki do mieszania się mas wody i powietrza, czyli tzw. powstawanie prądów. W pewnych warunkach przepływ jest potężnym czynnikiem środowiskowym.

Czynniki hydrologiczne.

Woda, jako składnik atmosfery i litosfery (w tym gleb), odgrywa ważną rolę w życiu organizmów jako jeden z czynników środowiskowych zwanych wilgotnością. Jednocześnie woda w stanie ciekłym może być czynnikiem tworzącym własne środowisko - wodne. Dzięki swoim właściwościom, odróżniającym wodę od wszystkich innych związków chemicznych, w stanie ciekłym i wolnym tworzy w środowisku wodnym zespół warunków, tzw. czynniki hydrologiczne.

Takie cechy wody, jak przewodność cieplna, płynność, przezroczystość, zasolenie, objawiają się odmiennie w zbiornikach i są czynnikami środowiskowymi, które w tym przypadku nazywane są hydrologicznymi. Na przykład organizmy wodne w różny sposób przystosowały się do różnych stopni zasolenia wody. Występują organizmy słodkowodne i morskie. Organizmy słodkowodne nie zadziwiają różnorodnością gatunkową. Po pierwsze, życie na Ziemi powstało w wodach morskich, a po drugie, zbiorniki słodkiej wody zajmują niewielką część powierzchni Ziemi.

Organizmy morskie są bardziej zróżnicowane i liczebnie liczniejsze. Niektóre z nich przystosowały się do niskiego zasolenia i żyją w odsolonych obszarach morza i innych słonawych zbiornikach wodnych. U wielu gatunków takich zbiorników obserwuje się zmniejszenie wielkości ciała. Przykładowo zastawki mięczaków, omułka jadalnego (Mytilus edulis) i omułka Lamarcka (Cerastoderma lamarcki), które żyją w zatokach Morza Bałtyckiego przy zasoleniu 2-6%o, są 2-4 razy mniejsze od osobniki żyjące w tym samym morzu, tylko przy zasoleniu 15%. Krab Carcinus moenas w Bałtyku jest niewielkich rozmiarów, natomiast w odsolonych lagunach i ujściach rzek jest znacznie większy. Jeżowce rosną mniejsze w lagunach niż w morzu. Krewetka solankowa (Artemia salina) przy zasoleniu 122%o ma wymiary do 10 mm, ale przy 20%o dorasta do 24-32 mm. Zasolenie może również wpływać na oczekiwaną długość życia. Ten sam sercowaty Lamarck żyje do 9 lat w wodach północnego Atlantyku i w wodach mniej słonych Morze Azowskie - 5.

Temperatura zbiorników wodnych jest wskaźnikiem bardziej stałym niż temperatura lądu. To wynika właściwości fizyczne woda (pojemność cieplna, przewodność cieplna). Amplituda rocznych wahań temperatury w górnych warstwach oceanu nie przekracza 10-15° C, a w zbiornikach kontynentalnych - 30-35° C. Co możemy powiedzieć o głębokich warstwach wody, które charakteryzują się stałą reżim termiczny.

Czynniki biotyczne.

Organizmy żyjące na naszej planecie wymagają do swojego życia nie tylko warunków abiotycznych, ale oddziałują na siebie i często są od siebie bardzo zależne. Zestaw czynników organiczny świat które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na organizmy, nazywane są czynnikami biotycznymi.

Czynniki biotyczne są bardzo zróżnicowane, ale mimo to mają również swoją własną klasyfikację. Według najprostszej klasyfikacji czynniki biotyczne dzieli się na trzy grupy, których przyczyną są: rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy.

Clements i Shelford (1939) zaproponowali ich klasyfikację, która uwzględnia najbardziej typowe formy interakcji między dwoma organizmami - współdziałania. Wszystkie koalicje dzielą się na dwie części duże grupy, w zależności od tego, czy organizmy tego samego gatunku, czy dwa różne oddziałują na siebie. Rodzaje interakcji między organizmami należącymi do tego samego gatunku reakcje homotypowe. Reakcje heterotypowe nazwać formy interakcji między dwoma organizmami różnych gatunków.

Reakcje homotypowe.

Wśród interakcji organizmów tego samego gatunku można wyróżnić następujące koakcje (interakcje): efekt grupowy, efekt masy I konkurencja wewnątrzgatunkowa.

Efekt grupowy.

Wiele żywych organizmów, które mogą żyć samotnie, tworzy grupy. Często w naturze można zaobserwować, jak niektóre gatunki rosną w grupach rośliny. Daje im to możliwość przyspieszenia wzrostu. Zwierzęta również tworzą grupy. W takich warunkach przeżywają lepiej. Żyjąc razem, zwierzętom łatwiej jest się bronić, zdobywać pożywienie, chronić swoje potomstwo i przetrwać niekorzystne czynniki środowiskowe. Zatem efekt grupowy ma pozytywny wpływ na wszystkich członków grupy.

Grupy, w które zjednoczone są zwierzęta, mogą różnić się wielkością. Na przykład kormorany, które tworzą ogromne kolonie na wybrzeżach Peru, mogą istnieć tylko wtedy, gdy w kolonii jest co najmniej 10 tysięcy ptaków, a 1 metr kwadratowy Na terenie znajdują się trzy gniazda. Wiadomo, że aby słonie afrykańskie przeżyły, stado musi składać się z co najmniej 25 osobników, a stado renifer- od 300-400 sztuk. Stado wilków może liczyć nawet do kilkunastu osobników.

Proste skupiska (tymczasowe lub stałe) mogą rozwinąć się w złożone grupy składające się z wyspecjalizowanych osobników, które pełnią w tej grupie przypisaną im funkcję (rodziny pszczół, mrówek czy termitów).

Efekt masy.

Efekt masy to zjawisko występujące, gdy przestrzeń życiowa jest przeludniona. Oczywiście przy łączeniu się w grupy, szczególnie duże, również dochodzi do przeludnienia, jednak istnieje duża różnica pomiędzy efektami grupowymi i masowymi. Pierwsza daje korzyści każdemu członkowi stowarzyszenia, druga zaś, przeciwnie, tłumi aktywność życiową wszystkich, to znaczy ma negatywne konsekwencje. Na przykład efekt masy występuje, gdy kręgowce gromadzą się razem. Jeśli w jednej klatce trzyma się dużą liczbę szczurów doświadczalnych, ich zachowanie będzie przejawić akty agresywności. Kiedy zwierzęta trzymane są w takich warunkach przez dłuższy czas, zarodki ciężarnych samic rozpuszczają się, agresywność wzrasta do tego stopnia, że ​​szczury obgryzają sobie nawzajem ogony, uszy i kończyny.

Efekt masy organizmów wysoko zorganizowanych prowadzi do stanu stresowego. U ludzi może to powodować zaburzenia psychiczne i załamania nerwowe.

Konkurencja wewnątrzgatunkowa.

Zawsze istnieje swego rodzaju rywalizacja pomiędzy osobnikami tego samego gatunku o jak najlepsze warunki życia. Im większa gęstość zaludnienia danej grupy organizmów, tym intensywniejsza konkurencja. Nazywa się to konkurencją między organizmami tego samego gatunku o określone warunki życia konkurencja wewnątrzgatunkowa.

Efekt masowy i konkurencja wewnątrzgatunkowa nie są pojęciami identycznymi. Jeżeli pierwsze zjawisko występuje przez stosunkowo krótki czas, a następnie kończy się rozrzedzeniem grupy (śmiertelność, kanibalizm, obniżona płodność itp.), wówczas konkurencja wewnątrzgatunkowa trwa stale i ostatecznie prowadzi do szerszej adaptacji gatunku do warunków środowiskowych. Gatunek staje się bardziej przystosowany ekologicznie. W wyniku konkurencji wewnątrzgatunkowej sam gatunek zostaje zachowany i nie ulega zniszczeniu w wyniku takiej walki.

Konkurencja wewnątrzgatunkowa może objawiać się wszystkim, o co mogą ubiegać się organizmy tego samego gatunku. U roślin rosnących gęsto może wystąpić konkurencja o światło, odżywianie mineralne itp. Na przykład dąb, gdy rośnie osobno, ma kulistą koronę; jest dość rozłożysty, ponieważ dolne gałęzie boczne otrzymują wystarczającą ilość światła. W nasadzeniach dębów w lesie dolne gałęzie są zacienione przez górne. Gałęzie, które nie otrzymują wystarczającej ilości światła, obumierają. W miarę jak dąb rośnie, dolne gałęzie szybko opadają, a drzewo przybiera leśny kształt - długi cylindryczny pień i koronę gałęzi na szczycie drzewa.

U zwierząt powstaje konkurencja o określone terytorium, pożywienie, miejsca gniazdowania itp. Aktywnym zwierzętom łatwiej jest uniknąć ostrej konkurencji, ale to nadal na nie wpływa. Z reguły te, które unikają konkurencji, często znajdują się w niesprzyjających warunkach; one również są zmuszone, podobnie jak rośliny (lub przywiązane gatunki zwierząt), do przystosowania się do warunków, którymi muszą się zadowolić.

Reakcje heterotypowe.

Tabela 1.2.4. Formy oddziaływań międzygatunkowych

	Gatunki zajmują		Gatunki zajmują
Forma interakcji (koakcji)	jedno terytorium (mieszkają razem)		różne terytoria (mieszkają osobno)
	Zobacz A	Zobacz B	Zobacz A	Zobacz B
Neutralność
Komensalizm (typ A - komensalizm)
Protokooperacja
Mutualizm
Amensalizm (typ A – amensal, typ B – inhibitor)
Drapieżnictwo (gatunek A - drapieżnik, gatunek B - ofiara)
Konkurs

0 - interakcja między gatunkami nie przynosi korzyści i nie powoduje szkód żadnej ze stron;

Interakcje między gatunkami mają pozytywne konsekwencje; - interakcja między gatunkami powoduje negatywne konsekwencje.

Neutralność.

Najczęstsza forma interakcji ma miejsce, gdy organizmy różnych gatunków, zajmujące to samo terytorium, nie wpływają na siebie w żaden sposób. Las jest domem dla dużej liczby gatunków, a wiele z nich utrzymuje neutralne relacje. Na przykład wiewiórka i jeż zamieszkują ten sam las, ale mają neutralny związek, podobnie jak wiele innych organizmów. Organizmy te są jednak częścią tego samego ekosystemu. Stanowią one elementy jednej całości, dlatego po dokładnym przestudiowaniu nadal można znaleźć nie bezpośrednie, ale pośrednie, raczej subtelne i na pierwszy rzut oka niewidoczne powiązania.

Jeść. W swojej „Ekologii popularnej” przywodzi na myśl humorystyczne, ale bardzo trafny przykład takie połączenia. Pisze, że w Anglii stare samotne kobiety wspierają władzę gwardii królewskiej. A związek między strażnikami i kobietami jest dość prosty. Samotne kobiety z reguły hodują koty, a koty polują na myszy. Im więcej kotów, tym mniej myszy na polach. Myszy są wrogami trzmieli, ponieważ niszczą ich nory, w których żyją. Im mniej myszy, tym więcej trzmieli. Jak wiadomo, trzmiele nie są jedynymi zapylaczami koniczyny. Więcej trzmieli na polach oznacza większe zbiory koniczyny. Konie pasą się na koniczynie, a strażnicy lubią jeść końskie mięso. Za tym przykładem w przyrodzie można znaleźć wiele ukrytych powiązań między różnymi organizmami. Choć w naturze, jak widać na przykładzie, koty mają neutralny stosunek do koni czy dzhmelów, to jednak są z nimi pośrednio spokrewnione.

Komensalizm.

Wiele typów organizmów wchodzi w relacje, na których korzysta tylko jedna strona, podczas gdy druga nie cierpi na tym i nic nie jest pożyteczne. Ta forma interakcji między organizmami nazywa się komensalizm. Komensalizm często objawia się współistnieniem różnych organizmów. Dlatego owady często żyją w norach ssaków lub gniazdach ptaków.

Często można zaobserwować takie wspólne osadnictwo, gdy wróble budują gniazda w gniazdach dużych ptaków drapieżnych lub bocianów. Ptakom drapieżnym bliskość wróbli nie przeszkadza, ale dla samych wróbli jest niezawodną ochroną ich gniazd.

W naturze występuje nawet gatunek zwany krabem komensalnym. Ten mały, pełen wdzięku krab chętnie zasiedla jamy płaszczowe ostryg. Robiąc to, nie niepokoi mięczaka, ale sam otrzymuje schronienie, świeże porcje wody i cząsteczki składników odżywczych, które docierają do niego wraz z wodą.

Protokooperacja.

Kolejnym krokiem we wspólnym pozytywnym współdziałaniu dwóch organizmów różnych gatunków jest protokooperacja, w którym oba gatunki czerpią korzyści z interakcji. Naturalnie gatunki te mogą istnieć osobno bez żadnych strat. Ta forma interakcji jest również nazywana podstawowa współpraca, Lub współpraca.

W morzu ta wzajemnie korzystna, ale nie obowiązkowa forma interakcji powstaje, gdy spotykają się kraby i rynny. Na przykład ukwiały często osiadają na grzbietowej stronie krabów, maskując je i chroniąc kłującymi mackami. Z kolei ukwiały odbierają resztki pożywienia od krabów pozostałych po posiłku i wykorzystują kraby jako środek transportu. Zarówno kraby, jak i ukwiały mogą żyć swobodnie i niezależnie w zbiorniku, ale gdy są w pobliżu, krab używa nawet pazurów, aby przeszczepić ukwiał na siebie.

Wspólne gniazdowanie ptaków różnych gatunków w tej samej kolonii (czaple i kormorany, brodzące i rybitwy różnych gatunków itp.) to także przykład współpracy, na której obie strony odnoszą korzyści np. w ochronie przed drapieżnikami.

Mutualizm.

Mutualizm (lub obligatoryjna symbioza) jest kolejnym etapem wzajemnie korzystnego przystosowania się różnych gatunków do siebie. Różni się od protokooperacji swoją zależnością. Jeśli w protokooperacji organizmy wchodzące w komunikację mogą istnieć oddzielnie i niezależnie od siebie, to w mutualizmie istnienie tych organizmów osobno jest niemożliwe.

Ten typ współdziałania często występuje w całkiem różnych organizmach, systematycznie odległych, o odmiennych potrzebach. Przykładem tego jest związek między bakteriami wiążącymi azot (bakteriami pęcherzykowymi) a roślinami strączkowymi. Substancje wydzielane przez system korzeniowy roślin strączkowych stymulują rozwój bakterii pęcherzykowych, a produkty przemiany materii bakterii prowadzą do deformacji włośników, co rozpoczyna tworzenie się pęcherzyków. Bakterie mają zdolność przyswajania azotu atmosferycznego, którego w glebie brakuje, ale który jest niezbędnym makroelementem dla roślin, co w tym przypadku jest bardzo korzystne dla roślin strączkowych.

W naturze związek grzybów z korzeniami roślin jest dość powszechny, tzw mikoryza. Grzybnia, wchodząc w interakcję z tkankami korzeni, tworzy rodzaj narządu, który pomaga roślinie efektywniej wchłaniać minerały z gleby. W wyniku tej interakcji grzyby uzyskują produkty fotosyntezy roślin. Wiele gatunków drzew nie może rosnąć bez mikoryzy, a niektóre rodzaje grzybów tworzą mikoryzę z korzeniami niektórych gatunków drzew (dąb i borowik, brzoza i borowik itp.).

Klasycznym przykładem mutualizmu są porosty, które łączą symbiotyczny związek między grzybami i glonami. Powiązania funkcjonalne i fizjologiczne między nimi są tak bliskie, że uważa się je za odrębne grupa organizmy. Grzyb w tym układzie dostarcza glonom wodę i sole mineralne, a glony z kolei dostarczają grzybowi substancji organicznych, które sam syntetyzuje.

Amensalizm.

W środowisku naturalnym nie wszystkie organizmy oddziałują na siebie pozytywnie. W wielu przypadkach, aby zapewnić sobie środki do życia, jeden gatunek szkodzi drugiemu. Ta forma współdziałania, w której jeden typ organizmu hamuje wzrost i reprodukcję organizmu innego gatunku, nic nie tracąc, nazywa się amensalizm (antybioza). Nazywa się to przygnębionym spojrzeniem pary wchodzącej w interakcję amensalom, i ten, który tłumi - inhibitor.

Amensalizm najlepiej badać na roślinach. Rośliny w ciągu swojego życia uwalniają do środowiska substancje chemiczne, które są czynnikami wpływającymi na inne organizmy. Jeśli chodzi o rośliny, amensalizm ma swoją nazwę - allelopatia. Wiadomo, że Nechuyviter volokhatenki wypiera inne rośliny jednoroczne i na dużych obszarach tworzy ciągłe, jednogatunkowe zarośla w wyniku uwalniania przez korzenie toksycznych substancji. Na polach trawa pszeniczna i inne chwasty wypierają lub tłumią rośliny uprawne. Orzech i dąb tłumią roślinność zielną pod koronami.

Rośliny mogą wydzielać substancje alelopatyczne nie tylko z korzeni, ale także z nadziemnej części ciała. Lotne substancje alelopatyczne uwalniane do powietrza przez rośliny nazywane są lotnymi substancjami alelopatycznymi fitoncydy. Zasadniczo działają destrukcyjnie na mikroorganizmy. O antybakteryjnym działaniu zapobiegawczym czosnku, cebuli i chrzanu doskonale wiedzą wszyscy. Drzewa iglaste wytwarzają dużo fitoncydów. Z jednego hektara nasadzeń jałowca pospolitego produkuje się rocznie ponad 30 kg fitoncydów. Często wykorzystuje się gatunki iglaste zaludnionych obszarach do utworzenia dookoła sanitarnych pasów ochronnych różne branże co pomaga oczyścić powietrze.

Fitoncydy negatywnie wpływają nie tylko na mikroorganizmy, ale także na zwierzęta. Różne rośliny od dawna są wykorzystywane w życiu codziennym do zwalczania owadów. A więc baglica i lawenda dobre lekarstwo do walki z ćmami.

Antybioza występuje również w mikroorganizmach. Po raz pierwszy odkryto to. Babesha (1885) i ponownie odkryta przez A. Fleminga (1929). Wykazano, że grzyby penicylinowe wydzielają substancję (penicylinę), która hamuje rozwój bakterii. Powszechnie wiadomo, że niektóre bakterie kwasu mlekowego zakwaszają swoje środowisko tak, że nie mogą w nim istnieć bakterie gnilne, które wymagają środowiska zasadowego lub obojętnego. Alelopatyczne substancje chemiczne wytwarzane przez mikroorganizmy są znane jako antybiotyki. Opisano już ponad 4 tysiące antybiotyków, ale tylko około 60 ich odmian znajduje szerokie zastosowanie w praktyce medycznej.

Zwierzęta można również chronić przed wrogami, wydzielając substancje o nieprzyjemnym zapachu (na przykład wśród gadów - żółwie sępy, węże; ptaki - pisklęta dudka; ssaki - skunksy, fretki).

Drapieżnictwo.

Kradzież w szerokim tego słowa znaczeniu uważana jest za sposób zdobywania pożywienia i karmienia zwierząt (czasami roślin), w ramach którego łapią, zabijają i zjadają inne zwierzęta. Czasami pod tym pojęciem rozumie się jakiekolwiek spożycie jednych organizmów przez inne, tj. takie relacje między organizmami, w których jedne wykorzystują inne jako pożywienie. W takim rozumieniu zając jest drapieżnikiem w stosunku do trawy, którą zjada. Zastosujemy jednak węższe rozumienie drapieżnictwa, w którym jeden organizm żeruje na innym, który jest bliski pierwszemu pod względem systematycznym (na przykład owady żerujące na owadach; ryby żywiące się rybami; ptaki żywiące się gadami, ptaki i ssaki; ssaki żywiące się ptakami i ssakami). Skrajny przypadek drapieżnictwa, w którym gatunek żeruje na organizmach własnego gatunku, nazywa się kanibalizm.

Czasami drapieżnik wybiera ofiarę w takiej liczbie, że nie wpływa to negatywnie na wielkość jej populacji. W ten sposób drapieżnik przyczynia się do lepszej kondycji populacji ofiar, która również przystosowała się już do presji drapieżnika. Wskaźnik urodzeń w populacjach ofiar jest wyższy niż wymagany do normalnego utrzymania populacji. Mówiąc obrazowo, populacja ofiar bierze pod uwagę to, co powinien wybrać drapieżnik.

Konkurencja międzygatunkowa.

Pomiędzy organizmami różnych gatunków, a także między organizmami tego samego gatunku powstają interakcje, poprzez które starają się one uzyskać ten sam zasób. Takie współdziałanie różnych gatunków nazywane jest konkurencją międzygatunkową. Innymi słowy, możemy powiedzieć, że konkurencja międzygatunkowa to każda interakcja między populacjami różnych gatunków, która niekorzystnie wpływa na ich wzrost i przetrwanie.

Konsekwencją takiej konkurencji może być wyparcie jednego organizmu przez drugi z określonego układu ekologicznego (zasada wykluczenia konkurencyjnego). Jednocześnie konkurencja sprzyja pojawieniu się wielu adaptacji poprzez proces selekcji, co prowadzi do różnorodności gatunków występujących w określonej społeczności lub regionie.

Konkurencyjna interakcja może dotyczyć przestrzeni, żywności lub składników odżywczych, światła i wielu innych czynników. Konkurencja międzygatunkowa, w zależności od tego, na czym polega, może prowadzić albo do ustalenia równowagi między dwoma gatunkami, albo, w przypadku konkurencji bardziej ostrej, do zastąpienia populacji jednego gatunku populacją innego. Konkurencja może również spowodować, że jeden gatunek wyprze inny w inne miejsce lub zmusi go do przejścia na inne zasoby.

Do czynników środowiska abiotycznego zalicza się podłoże i jego skład, wilgotność, światło i inne rodzaje promieniowania występującego w przyrodzie, jego skład oraz mikroklimat. Należy zauważyć, że temperaturę, skład powietrza, wilgotność i światło można warunkowo sklasyfikować jako „indywidualne”, a podłoże, klimat, mikroklimat itp. - jako czynniki „złożone”.

Podłoże (dosłownie) jest miejscem przyłączenia. Na przykład w przypadku drzewiastych i zielnych form roślin, w przypadku mikroorganizmów glebowych jest to gleba. W niektórych przypadkach podłoże można uznać za synonim siedliska (na przykład gleba jest siedliskiem edaficznym). Podłoże charakteryzuje się pewnym składem chemicznym, który oddziałuje na organizmy. Jeśli podłoże jest rozumiane jako siedlisko, to w tym przypadku stanowi zespół charakterystycznych czynników biotycznych i abiotycznych, do których dostosowuje się ten lub inny organizm.

Charakterystyka temperatury jako abiotycznego czynnika środowiska

Temperatura jest czynnikiem środowiskowym związanym ze średnią energią kinetyczną ruchu cząstek i wyrażanym w stopniach w różnych skalach. Najbardziej popularną skalą są stopnie Celsjusza (°C), które opierają się na rozszerzalności wody (temperatura wrzenia wody wynosi 100°C). Zaakceptowano w SI skala absolutna temperatury, dla których temperatura wrzenia wody wynosi T wrzenia. woda = 373 K.

Bardzo często temperatura jest czynnikiem ograniczającym, decydującym o możliwości (niemożności) życia organizmów w danym siedlisku.

Ze względu na charakter temperatury ciała wszystkie organizmy dzielą się na dwie grupy: poikilotermiczne (temperatura ich ciała zależy od temperatury otoczenia i jest prawie taka sama jak temperatura otoczenia) i homeotermiczne (temperatura ich ciała nie zależy od temperatury zewnętrznej i jest mniej więcej stała: jeśli się waha, to w małych granicach – ułamkach stopnia).

Do organizmów poikilotermicznych zalicza się organizmy roślinne, bakterie, wirusy, grzyby, zwierzęta jednokomórkowe, a także zwierzęta o stosunkowo niskim poziomie organizacji (ryby, stawonogi itp.).

Homeotermy obejmują ptaki i ssaki, w tym ludzi. Stała temperatura ciała zmniejsza zależność organizmów od temperatury środowiska zewnętrznego, umożliwiając ich rozprzestrzenianie się więcej nisze ekologiczne zarówno w rozmieszczeniu równoleżnikowym, jak i pionowym na całej planecie. Jednak oprócz homeotermii organizmy rozwijają adaptacje umożliwiające przezwyciężenie skutków niskich temperatur.

Ze względu na tolerancję na niskie temperatury rośliny dzielimy na ciepłolubne i odporne na zimno. Do roślin ciepłolubnych zaliczają się rośliny południa (banany, palmy, południowe odmiany jabłoni, gruszki, brzoskwinie, winogrona itp.). Rośliny odporne na zimno obejmują rośliny ze środkowych i północnych szerokości geograficznych, a także rośliny rosnące wysoko w górach (na przykład mchy, porosty, sosna, świerk, jodła, żyto itp.). W środkowej Rosji uprawia się odmiany mrozoodpornych drzew owocowych, które są specjalnie hodowane przez hodowców. Pierwszy wielki sukces na tym obszarze osiągnęli I.V. Michurin i inni hodowcy ludowi.

Norma reakcji organizmu na czynnik temperaturowy (dla poszczególnych organizmów) jest często wąska, tj. dany organizm może normalnie funkcjonować w dość wąskim zakresie temperatur. Zatem kręgowce morskie giną, gdy temperatura wzrasta do 30-32°C. Ale w przypadku materii żywej jako całości granice wpływu temperatury, w której życie zostaje zachowane, są bardzo szerokie. I tak w Kalifornii w gorących źródłach żyje gatunek ryby, który normalnie funkcjonuje w temperaturze 52°C, a żaroodporne bakterie żyjące w gejzerach wytrzymują temperatury do 80°C (jest to „normalna” temperatura dla ich). Niektórzy ludzie żyją w lodowcach, w których panuje temperatura -44°C itp.

Rola temperatury jako czynnika środowiskowego sprowadza się do tego, że wpływa ona na metabolizm: w niskich temperaturach tempo reakcji bioorganicznych znacznie zwalnia, a w wysokich znacznie wzrasta, co prowadzi do zaburzenia równowagi w przebiegu procesów biochemicznych, a to powoduje różne choroby, a czasem i śmierć.

Wpływ temperatury na organizmy roślinne

Temperatura nie jest tylko czynnikiem decydującym o możliwości życia roślin na danym obszarze, ale w przypadku niektórych roślin wpływa na proces ich rozwoju. Tym samym ozime odmiany pszenicy i żyta, które w czasie kiełkowania nie zostały poddane procesowi „wernalizacji” (wystawienia na działanie niskich temperatur), przy uprawie w najkorzystniejszych warunkach nie wytwarzają nasion.

Aby wytrzymać skutki niskich temperatur, rośliny mają różne adaptacje.

1. Zimą cytoplazma traci wodę i gromadzi substancje działające „przeciw zamarzaniu” (monosacharydy, gliceryna i inne substancje) - stężone roztwory takich substancji zamarzają tylko w niskich temperaturach.

2. Przejście roślin do stadium (fazy) odpornego na niskie temperatury - stadium zarodników, nasion, bulw, cebul, kłączy, korzeni itp. Drzewiaste i krzewiaste formy roślin zrzucają liście, łodygi pokryte są korkiem , który ma wysokie właściwości termoizolacyjne, a w żywych komórkach gromadzą się substancje zapobiegające zamarzaniu.

Wpływ temperatury na organizmy zwierzęce

Temperatura wpływa inaczej na zwierzęta poikilotermiczne i homeotermiczne.

Zwierzęta poikilotermiczne są aktywne tylko w temperaturach optymalnych dla ich życia. W okresach niskich temperatur zapadają w stan hibernacji (płazy, gady, stawonogi itp.). Niektóre owady zimują w postaci jaj lub poczwarek. Obecność organizmu w stanie hibernacji charakteryzuje się stanem zawieszenia ożywienia, w którym procesy metaboliczne są bardzo zahamowane, a organizm może długo obyć się bez jedzenia. Zwierzęta poikilotermiczne mogą również zapadać w sen zimowy pod wpływem wysokich temperatur. Zatem zwierzęta na niższych szerokościach geograficznych przebywają w norach w najgorętszej części dnia, a okres ich aktywnej aktywności życiowej przypada na wczesny poranek lub późny wieczór (lub prowadzą nocny tryb życia).

Organizmy zwierzęce zapadają w stan hibernacji nie tylko pod wpływem temperatury, ale także pod wpływem innych czynników. Tak więc niedźwiedź (zwierzę homeotermiczne) zapada w sen zimowy z powodu braku pożywienia.

Zwierzęta homeotermiczne w w mniejszym stopniu w swojej działalności życiowej zależą od temperatury, ale temperatura wpływa na nie z punktu widzenia obecności (braku) pożywienia. Zwierzęta te mają następujące przystosowania, aby przezwyciężyć skutki niskich temperatur:

1) zwierzęta przemieszczają się z obszarów zimniejszych do cieplejszych (migracje ptaków, migracje ssaków);

2) zmienić charakter okrycia (letnie futro lub upierzenie zostaje zastąpione grubszym zimowym; gromadzą dużą warstwę tłuszczu - dzikie świnie, foki itp.);

3) hibernacja (na przykład niedźwiedź).

Zwierzęta homeotermiczne mają adaptacje umożliwiające zmniejszenie wpływu temperatur (zarówno wysokich, jak i niskich). Zatem dana osoba ma gruczoły potowe, które w podwyższonych temperaturach zmieniają charakter wydzieliny (zwiększa się ilość wydzieliny), zmienia się światło naczyń krwionośnych w skórze (w niskich temperaturach maleje, a w wysokich wzrasta) itp.

Promieniowanie jako czynnik abiotyczny

Zarówno w życiu roślin, jak i zwierząt ogromną rolę odgrywają różnorodne promieniowanie, które albo dostają się do planety z zewnątrz (promienie słoneczne), albo są uwalniane z wnętrzności Ziemi. Tutaj będziemy głównie rozważać promieniowanie słoneczne.

Promieniowanie słoneczne jest niejednorodne i składa się z fal elektromagnetycznych o różnej długości, a co za tym idzie, o różnej energii. Do powierzchni Ziemi docierają promienie zarówno widma widzialnego, jak i niewidzialnego. Promienie widma niewidzialnego obejmują promienie podczerwone i ultrafioletowe, a promienie widma widzialnego mają siedem najbardziej rozpoznawalnych promieni (od czerwonego do fioletu). kwanty promieniowania rosną od podczerwieni do ultrafioletu (tj. promienie ultrafioletowe zawierają kwanty najkrótszych fal i najwyższej energii).

Promienie słoneczne pełnią kilka ważnych dla środowiska funkcji:

1) dzięki promieniom słonecznym na powierzchni Ziemi realizowany jest pewien reżim temperaturowy, który ma charakter strefowy równoleżnikowy i pionowy;

W przypadku braku wpływu człowieka skład powietrza może się jednak zmieniać w zależności od wysokości (wraz z wysokością maleje zawartość tlenu i dwutlenku węgla, gdyż gazy te są cięższe od azotu). Powietrze obszarów nadmorskich jest wzbogacone parą wodną zawierającą sole morskie w stanie rozpuszczonym. Powietrze lasu różni się od powietrza pól ze względu na zanieczyszczenia związkami wydzielanymi przez różne rośliny (np. las sosnowy zawiera dużą ilość substancji żywicznych i estrów, które zabijają patogeny, dlatego to powietrze leczy chorych na gruźlicę).

Najważniejszym złożonym czynnikiem abiotycznym jest klimat.

Klimat to skumulowany czynnik abiotyczny, obejmujący określony skład i poziom promieniowania słonecznego, związany z nim poziom wpływu temperatury i wilgotności oraz określony reżim wietrzności. Klimat zależy także od charakteru roślinności rosnącej na danym obszarze oraz od ukształtowania terenu.

Na Ziemi istnieje pewna równoleżnikowa i pionowa strefa klimatyczna. Występują wilgotne klimaty tropikalne, subtropikalne, ostro kontynentalne i inne.

Przejrzyj informacje o różnych typach klimatu z podręcznika do geografii fizycznej. Weź pod uwagę charakterystykę klimatyczną obszaru, w którym mieszkasz.

Klimat jako czynnik skumulowany kształtuje ten lub inny typ roślinności (flory) i ściśle powiązany typ fauny. Osiedla ludzkie mają ogromny wpływ na klimat. Klimat dużych miast różni się od klimatu obszarów podmiejskich.

Porównaj reżim temperaturowy miasta, w którym mieszkasz, z reżimem temperaturowym obszaru, w którym znajduje się miasto.

Z reguły temperatura w mieście (zwłaszcza w centrum) jest zawsze wyższa niż w regionie.

Mikroklimat jest ściśle powiązany z klimatem. Przyczyną powstania mikroklimatu są różnice w rzeźbie terenu na danym terytorium, obecność zbiorników wodnych, co prowadzi do zmian warunków na różnych terytoriach danej strefy klimatycznej. Nawet na stosunkowo niewielkiej powierzchni domku letniskowego, w niektórych jego częściach, mogą powstać różne warunki wzrostu roślin ze względu na różne warunki oświetleniowe.

Abiotyczny, biotyczny i czynniki antropogeniczneśrodowisko

Środowisko naturalne organizmu żywego składa się z wielu składników nieorganicznych i organicznych, w tym także tych wprowadzonych przez człowieka. Co więcej, niektóre z nich mogą być organizmom niezbędne, inne zaś nie odgrywają w ich życiu znaczącej roli. Na przykład zając, wilk, lis i każde inne zwierzę w lesie są powiązane z ogromną liczbą elementów. Nie obejdą się bez powietrza, wody, pożywienia, określonej temperatury. Inne, np. głaz, pień drzewa, pień, pagórek, rów, to elementy środowiska, na które mogą być obojętne. Zwierzęta wchodzą z nimi w relacje tymczasowe (schronienie, przejście), ale nie obligatoryjne.

Składniki środowiska istotne dla życia organizmu, z którymi nieuchronnie się on spotyka, nazywane są czynnikami środowiskowymi.

Czynniki środowiskowe mogą być konieczne lub szkodliwe dla istot żywych, sprzyjając lub utrudniając przetrwanie i reprodukcję.

Warunki życia to zespół czynników środowiskowych, które determinują wzrost, rozwój, przetrwanie i rozmnażanie organizmów.

Całą różnorodność czynników środowiskowych dzieli się zwykle na trzy grupy: abiotyczne, biotyczne i antropogeniczne.

Czynniki abiotyczne- jest to zespół właściwości przyrody nieożywionej ważnych dla organizmów. Czynniki te z kolei można podzielić dla substancji chemicznych(skład atmosfery, wody, gleby) i fizyczny(temperatura, ciśnienie, wilgotność, prądy itp.). Różnorodność rzeźby terenu, warunków geologicznych i klimatycznych powoduje również powstanie ogromnej różnorodności czynników abiotycznych.

Podstawowe znaczenie mają klimatyczny(światło słoneczne, temperatura, wilgotność); geograficzny(długość dnia i nocy, ukształtowanie terenu); hydrologiczny(gr. woda-hydror) - przepływ, falowanie, skład i właściwości wody; edaficzny(gr. edaphos - gleba) - skład i właściwości gleb itp.

Wszystkie czynniki mogą wpływać na organizmy bezpośrednio lub pośrednio. Na przykład ukształtowanie terenu wpływa na warunki oświetleniowe, wilgotność, wiatr i mikroklimat.

Czynniki biotyczne- jest to suma wpływów aktywności życiowej niektórych organizmów na inne. Dla każdego organizmu wszystkie pozostałe są ważnymi czynnikami środowiskowymi; mają na niego nie mniejszy wpływ niż przyroda nieożywiona. Czynniki te są również bardzo zróżnicowane.

Całą różnorodność relacji między organizmami można podzielić na dwa główne typy: antagonistyczny(grecki antagonizm - walka) i nieantagonistyczne.

Drapieżnictwo- forma związku między organizmami o różnych poziomach troficznych, w której jeden typ organizmu żyje kosztem drugiego, zjadając go (+ -)

(ryc. 5.1). Drapieżniki mogą specjalizować się w jednej ofierze (ryś - zając) lub być polifagami (wilk). W każdej biocenozie ewoluowały mechanizmy regulujące liczbę zarówno drapieżników, jak i ofiar. Nieuzasadnione niszczenie drapieżników często prowadzi do zmniejszenia ich żywotności

Rysunek 5.1 – Drapieżnictwo

Konkurs(łac. concurrentia - konkurencja) to forma związku, w której organizmy tego samego poziomu troficznego rywalizują o pożywienie i inne warunki bytu, tłumiąc się nawzajem (- -). Konkurencja jest wyraźnie widoczna u roślin. Drzewa w lesie starają się zakryć swoimi korzeniami jak największą przestrzeń, aby otrzymać wodę i składniki odżywcze. Sięgają także na wysokość w kierunku światła, próbując wyprzedzić swoich konkurentów. Chwasty zatykają inne rośliny (ryc. 5.3). Przykładów z życia zwierząt jest wiele. Nasilona konkurencja wyjaśnia na przykład niezgodność raków o szerokich i wąskich pazurach w jednym zbiorniku: raki o wąskich pazurach zwykle wygrywają, ponieważ są bardziej płodne.

Rysunek 5.3 – Konkurencja

Im większe podobieństwo wymagań warunków życia dwóch gatunków, tym silniejsza konkurencja, która może doprowadzić do wyginięcia jednego z nich. Rodzaj interakcji poszczególnych gatunków może się różnić w zależności od warunków lub etapów cyklu życiowego.

Antagonistyczne relacje są bardziej widoczne w początkowych fazach rozwoju społeczności. W procesie rozwoju ekosystemów ujawnia się tendencja do zastępowania oddziaływań negatywnych pozytywnymi, zwiększającymi przeżywalność gatunków.

Nieantagonistyczny relacje teoretycznie można wyrazić w wielu kombinacjach: neutralnej (0 0), wzajemnie korzystnej (+ +), jednostronnej (0 +) itp. Główne formy tych interakcji to: symbioza, mutualizm i komensalizm.

Symbioza(gr. symbioza - współżycie) to wzajemnie korzystna, ale nie obligatoryjna relacja pomiędzy różnymi typami organizmów (+ +). Przykładem symbiozy jest współżycie kraba pustelnika i ukwiała: ukwiał porusza się, przyczepiając się do grzbietu kraba, a przy pomocy ukwiała otrzymuje bogatsze pożywienie i ochronę (ryc. 5.4).

Rysunek 5.4 – Symbioza

Czasami terminu „symbioza” używa się w szerszym znaczeniu – „wspólnego życia”.

Mutualizm(łac. mutuus - wzajemne) - wzajemnie korzystne i obowiązkowe dla wzrostu i przetrwania relacji między organizmami różnych gatunków (+ +). Porosty - dobry przykład pozytywne relacje między glonami i grzybami. Kiedy owady rozprzestrzeniają pyłek roślin, oba gatunki rozwijają specyficzne adaptacje: kolor i zapach u roślin, trąba u owadów itp.

Rysunek 5.5 – Mutualizm

Komensalizm(łac. commensa/is – towarzysz przy jedzeniu) – związek, w którym jeden z partnerów odnosi korzyści, a drugi jest obojętny (+ 0). W morzu często obserwuje się komensalizm: w prawie każdej muszli mięczaka i ciele gąbki znajdują się „nieproszeni goście”, którzy wykorzystują je jako schronienie. Przykładami komensali są ptaki i zwierzęta żywiące się resztkami pożywienia drapieżników (ryc. 5.6).

Rysunek 5.6 – Komensalizm

Pomimo konkurencji i innych typów antagonistycznych relacji, w w naturze wiele gatunków może pokojowo współistnieć(ryc. 5.7). W takich przypadkach mówi się, że każdy gatunek ma własną niszę ekologiczną(Francuska nisza - gniazdo). Termin ten zaproponował w 1910 roku R. Johnson.

Blisko spokrewnione organizmy, które mają podobne wymagania środowiskowe, z reguły nie żyją w tych samych warunkach. Jeśli żyją w tym samym miejscu, albo korzystają z różnych zasobów, albo mają inne różnice w funkcjonowaniu.

Na przykład różne rodzaje dzięciołów. Choć wszystkie w ten sam sposób żywią się owadami i gniazdują w dziuplach drzew, wydaje się, że mają odmienne specjalizacje. Dzięcioł duży żeruje w pniach drzew, dzięcioł średni w dużych górnych gałęziach, dzięcioł mały w cienkich gałązkach, dzięcioł zielony poluje na mrówki na ziemi, a dzięcioł trójpalczasty szuka martwych i spalonych pni drzew , czyli różne gatunki dzięciołów mają różne nisze ekologiczne.

Nisza ekologiczna to zespół cech terytorialnych i funkcjonalnych siedliska spełniających wymagania danego gatunku: pożywienie, warunki hodowli, relacje z konkurentami itp.

Niektórzy autorzy używają terminów „siedlisko” lub „siedlisko” zamiast terminu „nisza ekologiczna”. Te ostatnie obejmują jedynie przestrzeń siedliskową, a nisza ekologiczna dodatkowo określa funkcję pełnioną przez gatunek. P. Agess (1982) podaje następujące definicje niszy i środowiska: środowisko to adres, pod którym żyje organizm, a nisza to jego zawód(ryc. 5.7).

Rysunek 5.7 – Pokojowe współistnienie różnych organizmów

Rysunek 5.8 – Nisze ekologiczne

Czynniki antropogeniczne- jest splotem różnorodnych oddziaływań człowieka na przyrodę nieożywioną i żywą. Wraz z historycznym rozwojem ludzkości przyroda została wzbogacona o jakościowo nowe zjawiska. Tylko poprzez swoją fizyczną egzystencję ludzie mają zauważalny wpływ na środowisko: w procesie oddychania corocznie uwalniają się do atmosfery 1*10 12 kg CO2, i spożywane z jedzeniem około 5*10 15 kcal. Biosfera podlega znacznie większemu wpływowi działalność produkcyjną ludzie. W rezultacie rzeźba i skład powierzchni ziemi, skład chemiczny atmosfery, zmiany klimatyczne, słodka woda ulegają redystrybucji, zanikają naturalne ekosystemy i powstają sztuczne ekosystemy rolne i technologiczne, uprawiane są rośliny uprawne, udomowione są zwierzęta itp.

Wpływ człowieka może być bezpośredni i pośredni. Przykładowo wycinanie i wyrywanie lasów ma nie tylko skutek bezpośredni (niszczenie drzew i krzewów), ale także pośredni - zmieniają się warunki życia ptaków i zwierząt. Szacuje się, że od 1600 roku ludzie w taki czy inny sposób zniszczyli 162 gatunki ptaków i ponad 100 gatunków ssaków. Z drugiej jednak strony tworzy nowe odmiany roślin i rasy zwierząt, stale zwiększając ich plon i produktywność. Sztuczne przenoszenie roślin i zwierząt ma również ogromny wpływ na życie ekosystemów. W ten sposób króliki przywiezione do Australii rozmnożyły się tam tak bardzo, że spowodowały ogromne szkody w rolnictwie.

Gwałtowna urbanizacja (łac. urbanus – urban) – rozwój miast w ostatnim półwieczu – zmieniła oblicze Ziemi bardziej niż wiele innych działań w historii ludzkości. Najbardziej oczywistym przejawem antropogenicznego wpływu na biosferę jest zanieczyszczenie środowiska.

Czynniki abiotyczne są składnikami przyrody nieożywionej. Należą do nich: klimatyczne (światło, temperatura, woda, wiatr, atmosfera itp.), działające na wszystkie siedliska organizmów żywych: wodę, powietrze, glebę, ciało innego organizmu. Ich działanie zawsze się kumuluje.

Światło- jeden z najważniejszych czynników biotycznych, jest źródłem życia dla wszelkiego życia na ziemi. W życiu organizmów ważne są nie tylko promienie widzialne, ale także inne, które docierają do powierzchni ziemi: ultrafioletowe, podczerwone, elektromagnetyczne. Najważniejszy proces zachodzący w roślinach na Ziemi przy udziale energii słonecznej: fotosynteza. Średnio 1-5% światła padającego na roślinę jest wykorzystywane do fotosyntezy i przekazywane dalej w łańcuchu pokarmowym w postaci zgromadzonej energii.

Fotoperiodyzm– przystosowanie roślin i zwierząt do określonej długości dnia.

W roślinach wyróżnia się gatunki światłolubne i tolerujące cień. Niektóre gatunki rosną na terenach oświetlonych (zboża, brzoza, słonecznik), inne przy braku światła (trawy leśne, paprocie), gatunki tolerujące cień mogą rosnąć w różnych warunkach, ale jednocześnie zmieniają swój wygląd. Sosna rosnąca samotnie ma grubą, szeroką koronę, w drzewostanie korona jest uformowana w górnej części, a pień jest nagi. Istnieją rośliny dnia krótkiego i długiego.

Wśród zwierząt światło jest środkiem orientacji w przestrzeni. Niektóre są przystosowane do życia w świetle słonecznym, inne zaś prowadzą tryb nocny lub o zmierzchu. Są zwierzęta, takie jak krety, które nie potrzebują światła słonecznego.

Temperatura Zakres temperatur, w którym możliwe jest życie, jest bardzo mały. Dla większości organizmów określa się go w zakresie od 0 do +50C.

Współczynnik temperatury ma wyraźne wahania sezonowe i dzienne. Temperatura decyduje o szybkości procesów biochemicznych zachodzących w komórce. Determinuje wygląd organizmu i szerokość jego geograficznego rozmieszczenia. Organizmy odporne na szeroki zakres temperatur nazywane są eurytermalnymi. Organizmy stenotermiczne żyją w wąskim zakresie temperatur.

Niektóre organizmy są lepiej przystosowane do tolerowania niekorzystnych (wysokich lub niskich) temperatur powietrza, inne zaś lepiej tolerują temperatury gleby. Istnieje duża grupa organizmów stałocieplnych, które są do tego zdolne

utrzymać temperaturę ciała na stabilnym poziomie. Zdolność organizmów do zawieszenia swoich funkcji życiowych w niekorzystnych temperaturach nazywa się animacją zawieszoną.

Woda Nie ma na Ziemi żywych organizmów, które nie zawierają wody w swoich tkankach. Zawartość wody w organizmie może sięgać 60-98%. Ilość wody potrzebna do prawidłowego rozwoju różni się w zależności od wieku. Organizmy są szczególnie wrażliwe na niedobór wody w okresie lęgowym.

Ze względu na reżim wodny rośliny dzielą się na 3 duże grupy:

Higrofity– rośliny miejsc wilgotnych. Nie tolerują niedoborów wody.

Mezofity– rośliny siedlisk średnio wilgotnych. Są w stanie tolerować suszę glebową i powietrzną przez krótki okres. Są to przeważnie uprawy rolne i trawy łąkowe.

Kserofity– rośliny siedlisk suchych. Dzięki specjalnym urządzeniom są przystosowane do długotrwałego braku wody. Liście zamieniają się w kolce lub np. U sukulentów komórki rosną do ogromnych rozmiarów, magazynując wodę. Podobna klasyfikacja dotyczy również zwierząt. Jedynie końcówka fity zmienia się w gromadę: higrofile, mezofile, kserofile.

Atmosfera Warstwowa atmosfera pokrywająca ziemię i warstwa ozonowa, położona na wysokości 10-15 km, chroni wszystkie żywe istoty przed silnym promieniowaniem ultrafioletowym i promieniowaniem kosmicznym. Skład gazu współczesnej atmosfery to 78% azotu, 21% tlenu, 0,3-3% pary wodnej, 1% pochodzi z innych pierwiastków chemicznych.

Czynniki glebowe lub edaficzne. Gleba jest bioinertnym ciałem naturalnym, powstałym pod wpływem przyrody ożywionej i nieożywionej. Ma płodność. Rośliny pobierają z gleby azot, fosfor, potas, wapń, magnez, bor i inne mikroelementy. Wzrost, rozwój i produktywność biologiczna roślin zależą od dostępności składników pokarmowych w glebie. Czynnikiem ograniczającym może stać się zarówno niedobór, jak i nadmiar składników odżywczych. Niektóre gatunki roślin przystosowały się do nadmiaru pierwiastka, takiego jak wapń, i nazywane są wapniafilami.

Gleba charakteryzuje się pewną strukturą, która zależy od próchnicy - produktu życiowej działalności mikroorganizmów i grzybów. Gleba zawiera powietrze i wodę, które oddziałują z innymi elementami biosfery.

Kiedy następuje erozja wietrzna, wodna lub inna, pokrywa glebowa ulega zniszczeniu, co prowadzi do utraty żyzności gleby.

Czynniki orograficzne – ukształtowanie terenu. Teren nie jest czynnikiem bezpośrednim, ale ma ogromne znaczenie ekologiczne jako czynnik pośredni, który redystrybuuje czynniki klimatyczne i inne czynniki abiotyczne. Najbardziej uderzającym przykładem wpływu rzeźby jest charakterystyczny dla regionów górskich podział na strefy pionowe.

Tam są:

nanorelief – są to hałdy w pobliżu nor zwierzęcych, kępy na bagnach itp.;

mikrorelief – małe lejki, wydmy;

mezorelief – wąwozy, wąwozy, doliny rzeczne, pagórki, zagłębienia;

makrorelief – płaskowyże, równiny, pasma górskie, tj. znaczące granice geograficzne, które mają znaczący wpływ na przepływ mas powietrza.

Czynniki biotyczne. Na organizmy żywe wpływają nie tylko czynniki abiotyczne, ale także same organizmy żywe. Do grupy tych czynników zalicza się: fitogeniczne, zoogeniczne i antropogeniczne.

Wpływ czynników biotycznych na środowisko jest bardzo zróżnicowany. W jednym przypadku, gdy różne gatunki wpływają na siebie, nie mają one żadnego wpływu (0); w innym przypadku skutki są korzystne (+) lub niekorzystne (-).

Rodzaje relacji gatunkowych

Neutralność (0,0) – gatunki nie wpływają na siebie;

Konkurs (-,-) – każdy typ wywiera niekorzystny wpływ, tłumiąc drugi i wypierając słabszy;

Mutualizm (+,+) – jeden z gatunków może normalnie rozwijać się tylko w obecności innego gatunku (symbioza roślin i grzybów);

Protokooperacja (+,+) – współpraca, wzajemnie korzystne oddziaływanie, nie tak rygorystyczne jak w przypadku mutualizmu;

Komensalizm (+, 0) jeden gatunek czerpie korzyści ze współistnienia;

Amensalizm (0,-) – jeden gatunek jest uciskany, drugi nie jest uciskany;

Wpływ antropogeniczny wpisuje się w tę klasyfikację pokrewieństwa gatunkowego. Spośród czynników biotycznych jest to najsilniejsze. Może być bezpośredni lub pośredni, pozytywny lub negatywny. Antropogeniczne oddziaływanie na środowisko abiotyczne i biotyczne zostało szerzej omówione w podręczniku z punktu widzenia ochrony przyrody.