1.1.Организм и среда
Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.
Все многообразие экологических факторов принято делить на абиотические (факторы неорганической природы, воздействующие на организм прямо или косвенно, через обмен веществ, которые имеют односторонний характер; организм может к ним приспособиться, но не может оказать на них обратное влияние); и биотические (факторы взаимодействия организмов; организмы влияют друг на друга непосредственно (хищники съедают жертв) или косвенно (изменяют среду обитания).
Выделяют также антропогенные факторы (влияние человека на живые организмы и окружающую среду).
1.2. Адаптация
В экологических исследованиях выделяют два направления – аутэкология и синэкология.
Аутэкология изучает отношение между организмом или популяцией и условиями среды. Синэкология занимается сообществом и средой. Например, изучение отдельной ели в хвойном лесу (или вида, рода ели) является аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества хвойного леса синэкологическим.
Главный вопрос аутэкологии – изучение приспособлений (адаптаций) к различным условиям окружающей среды. Адаптация – приспособление организма к различным условиям окружающей среды за счет комплекса условий – морфологических, физиологических, поведенческих.
Различный состав видов в экосистемах объясняется адаптациями к разным экологическим условиям. В результате адаптаций возникают организмы, устойчивые к различным условиям окружающей среды: растения, устойчивые к засухе, засолению, низким температурам, и др.; животные, которые обитают в пустынях, степях и др., ведущие дневной или ночной образ жизни.
Адаптации у различных групп организмов вырабатываются с разной скоростью. У насекомых адаптации могут возникнуть через 10-20 поколений (именно этим объясняются неудачи химических средств против насекомых), выработка адаптаций у растений и птиц – процесс очень медленный требует столетий. Многие наблюдаемые изменения у организмов связаны с предадаптациями.
Предадаптация – открытые признаки, появившиеся из-за действия новых факторов окружающей среды и способствующие повышению устойчивости видов. Предадаптация объясняет повышенную устойчивость некоторых видов растений к действию загрязнений промышленности и транспорта. Однако предадаптативные возможности растений невелики и большинство растений не могут приспособиться к загрязнениям окружающей среды.
1.3. Влияние биотических факторов
(Формы межвидовых взаимоотношений в биоценозах)
Основу существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же экотоп. Классификации биоценотических отношений может основываться на оценке возможного результата контактов двух особей.
1.4. Конкуренция
Конкуренция – взаимодействие двух организмов, стремящихся получить один и тот же ресурс, находящийся в ограниченном количестве. Конкуренция может быть симметричной (конкуренты практически одинаково ограничивают потребление ресурсов) и асимметричной (один вид потребляет больше ресурсов и оказывает на другой большее влияние, асимметричная конкуренция усиливается и ведет к исключению конкурентов).
Конкуренция бывает межвидовой и внутривидовой.
Межвидовая конкуренция – взаимодействия между популяциями, которые отрицательно сказываются на их росте и выживании. (Например, некоторые виды растения подмаренника растут на кислой почве, а другие на щелочной; однако каждый из этих видов хорошо растет как на кислой ,так и на щелочной почве. В конкурентной борьбе побеждает один вид, а другой исчезает. Результат зависит от условий среды, в данном случае от кислотности почвы.). В природе различные виды конкурируют друг с другом: за ресурсы пищи, за жертвы; у растений- за свет, опылители и др.– в результате чего наблюдается значительное снижение численности. Иногда один конкурирующий вид, более приспособленный к данным условиям окружающей среды, исключает другой из определенного местообитания.
Внутривидовая конкуренция приводит к снижению скорости потребления ресурсов в пересчете на одну особь, что часто приводит в конечном результате к снижению выживаемости и (или) уменьшению плодовитости. В большинстве случаев конкурирующие организмы непосредственно не взаимодействуют друг с другом, но реагируют на снижение уровня ресурсов. С увеличением плотности организмов рождаемость со временем снижается, а смертность возрастает. Внутривидовая конкуренция, влияя на рождаемость и смертность, регулирует популяцию, поддерживая ее плотность на стабильном уровне. Экологи выделяют плотность предельного насыщения :– это плотность, характеризующая размер популяции, при которой ресурсы среды поддерживаются уравновешенными. Внутривидовая конкуренция – один из многих факторов влияющих на организм. Ресурсы среды не только влияют на плотность популяции, но и сами зависимы от нее. В тех популяциях, где существует сильная зависимость от плотности, часто возникает цикличность; иногда даже случается изменение численности. В одних случаях внутривидовая конкуренция довольно заметна, в других случаях ее влияние незначительно, из-за влияния различных факторов (например, хищничество).
1.5. Паразитизм
Паразитизм – форма взаимосвязи, при которой паразиты живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина), при этом хозяин не погибает, но чувствует себя угнетенным. Типичное растение-паразит: петров крест, животные-паразиты: клещи, вши. Для паразита важным условием является надежное попадание в организм хозяина: формируются сложные адаптации, учитывая особенности биологии хозяина. Например, некоторые клещи способны голодать до 10 лет, они реагируют на приближение хозяина при помощи обоняния.
1.6. Взаимоотношения хищник-жертва
Хищничество – форма взаимосвязи между организмами разных видов, при которой один организм (хищник) поедает другой (жертву).
Равновесие между хищником и жертвой поддерживается различными механизмами.
Приспособление жертв бывает поведенческими (жертвы могут прятаться в укрытие; убегать; активная оборона (рогатые, травоядные); совместная активная оборона (птицы-жертвы отгоняют хищных птиц); распространение группами, морфологическими (шипы, колючки), физиологическими (продуцирование ядов).
Растения компенсируют влияние травоядных различными способами: при кратковременном воздействии травоядных формируются новые ткани, обеспечивающие фотосинтез; при более сильном воздействии иногда восстановление обеспечивается запасными веществами; иногда инициируется образование химических соединений (у сосны, подвергшейся нападению насекомых-вредителей, изменялся метаболизм фенола, появлялись новые химические защитные вещества). Повторное повреждение насекомыми очень часто приводит к гибели растений.
У животных другие способы защиты.
Хищники чаще всего нападают на ослабленных животных, таким образом происходит отбор, в живых остаются наиболее сильные и приспособленные. Среди хищников выживают лишь те, кто способен поймать жертву и отстоять добычу. Вследствие эволюции происходит прогрессивное развитие и хищника и, жертвы. Для многих животных характерны пищевые предпочтения. Некоторым живым организмам, обычно слабо способным сопротивляться хищникам, свойственно менять окраску. Защитная окраска, свойственная фону, увеличивает выживаемость жертвы. Некоторые животные принимают окраску, предупреждающую хищника о том, что животное ядовито. Другие организмы приняв такую окраску, обеспечивают себе большую безопасность.
Впервые заметил регулярные колебания численности в системе хищник–жертва английский эколог Чарльз Элтон. Подтвердил это мнение русский ученый Г.Ф. Гаузе. Он изучал в пробирке численность двух видов инфузорий- дидиниума (хищник) и туфельки (жертва). Сначала численность жертвы росла быстрее, чем хищника, но, получив хорошую кормовую базу, дидиниум стал быстро размножаться. Вскоре количество туфелек резко сократилось. Через некоторое время начали погибать хищники, и когда они практически перестали влиять на жертвы, рост туфельки снова пошел вверх, а вслед за ними выросло и число хищников. Цикл повторился снова.
Таким образом Гаузе доказал, что взаимодействие хищник- жертва может привести к регулярным циклическим колебаниям численности.
1.7. Нейтрализм, аменсализм
Нейтрализм – тип отношений между видами, при котором они не влияют друг на друга. В природе такие взаимоотношения обнаружить довольно сложно. Например, белка и стрекоза прямо не взаимодействуют, хотя обитают в одном лесу.
Аменсализм – взаимоотношение между организмами, при этом для одного из двух взаимодействующих видов последствия совместного обитания отрицательны, тогда как другой не получает от них ни вреда, ни пользы.
1.8. Симбиоз
Симбиоз – система тесных отношений выгодных для обоих видов (мутуализм) или только для одного (комменсализм).