Закономерности действия факторов среды на организм

Пределы выносливости (толерантности) и зоны действия экологического фактора

Человек, наблюдая за жизнью организмов в природе, долгое время не мог получить ответы на ряд интересующих его вопросов: почему переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других — нет? Почему одни виды могут жить в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий? Почему одна и та же сила воздействия фактора для одних организмов благоприятна, для других — неблагоприятна, а для третьих — губительна?

Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания помогла экология. Она установила зависимость жизнедеятельности организмов от силы воздействия экологических факторов. Любая ответная реакция организма на действие фактора среды в конечном итоге отражается на его жизнедеятельности. Она зависит не только от природы фактора, но и от силы и продолжительности его воздействия на организм, т.е. от дозы фактора.

Несмотря на разнообразие экологических факторов, был выявлен ряд общих закономерностей в ответных реакциях живых организмов. Теоретически зависимость жизнедеятельности организма (его ответной реакции) от силы воздействия фактора в общем виде можно выразить куполообразной кривой. В реальной ситуации эта кривая, как правило, не бывает идеально симметричной. Организм проявляет жизнедеятельность не при любой силе воздействия фактора, а в определенном ее диапазоне. Этот диапазон ограничен минимальным и максимальным значениями силы воздействия фактора, переносимыми организмом. Минимальное значение силы воздействия фактора, при котором начинается проявление жизнедеятельности организма, называется экологическим минимумом или нижним пределом выносливости. А максимальное значение, при котором жизнедеятельность организма прекращается, — экологическим максимумом или верхним пределом выносливости. Разные виды могут существенно различаться по этим значениям. В зоне умеренного климата экологический минимум по температуре для древесных растений лежит в области отрицательных температур. Для травянистых растений он немного выше 0 °C (тюльпаны, лук, чеснок), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты и др.) не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости, или толерантности.

Пределы выносливости, или толерантности (от лат. tolerantia — терпение, выносливость), — диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнедеятельность организма.

Если сила воздействия фактора выходит за эти пределы, то жизнь организма в данной среде становится невозможной, и он погибает. В пределах толерантности жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от силы воздействия фактора. Но можно выделить три зоны действия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:

  1. зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны силы воздействия фактора (их два), в пределах которых жизнедеятельность организма снижена. При такой силе воздействия фактора невозможны его рост и развитие, но сохраняется возможность для существования;
  2. зона нормальной жизнедеятельности, или зона нормы, — диапазоны силы воздействия фактора (их два), в пределах которых наблюдаются умеренный рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора недостаточно благоприятна для его размножения.
  3. зона оптимума (от лат. optimum — наилучший) — диапазон силы воздействия фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность. При такой силе воздействия фактора наблюдаются его активный рост, развитие и эффективное размножение.

Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы воздействия фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, т. е. в зоне оптимума.

Таким образом, закономерностями действия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума.

Понятие о стенобионтах и эврибионтах

У всех видов организмов в процессе эволюции выработалась способность воспринимать факторы среды в тех пределах, которые благоприятно влияют на их жизнедеятельность. Виды, долго жившие в относительно стабильных условиях среды, утратили способность выдерживать значительные отклонения факторов от их оптимальных значений. В то же время виды, которые были подвержены существенным колебаниям факторов, стали выносливыми по отношению к изменяющимся условиям среды. Свойство видов приспосабливаться к определенному диапазону изменения факторов среды, называется экологической пластичностью или экологической валентностью.

В зависимости от экологической пластичности у организмов имеются разные пределы толерантности к различным экологическим факторам. Чем больше их экологическая пластичность, тем шире у них пределы толерантности по отношению к факторам среды, и наоборот. Например, рыбы, живущие в водоемах пустынь, переносят перепады температуры от +10 до +40 °C. А у антарктических рыб диапазон переносимых температур составляет всего 4 °C (от −2 до +2 °C).

В зависимости от пределов толерантности виды разделяют на две группы: стенобионты и эврибионты. Стенобионты (от греч. stenos — узкий) — виды организмов, имеющие узкие пределы толерантности. Они способны существовать на ограниченных территориях с относительно постоянными условиями среды. Эврибионты (от греч. eurys — широкий) — виды организмов, имеющие широкие пределы толерантности. Они могут заселять обширные территории со значительными колебаниями условий среды.

Таким образом, стенобионты маловыносливы в отношении изменяющихся условий среды. Их представителями являются типичные обитатели морей и пресных водоемов. Например, камбала живет только в соленой, а карась — только в пресной воде. Эврибионты характеризуются способностью легко приспосабливаться к сильно изменяющимся условиям среды. Типичным представителем эврибионтов является колюшка, которая может жить как в пресных, так и в соленых водах.

Именно поэтому одни виды обитают в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий. В связи с этим переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других заканчивается гибелью.

Все виды живых организмов по отношению к различным экологическим факторам имеют определенные пределы выносливости (толерантности). Эти пределы ограничены экологическим минимумом и экологическим максимумом. В пределах выносливости выделяют зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности и пессимума. В зависимости от пределов выносливости организмы делят на стенобионтов и эврибионтов.