МНОЮ ФАКТОРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ - ЗАКОН ОПТИМУМА

В природе, как правило, на живые организмы воздействует не один какой-либо фактор, а комплекс экологических факторов. Например (рнс. 7), плодовитость дальневосточной горбуши составляет приблизительно 1500 икринок.

фекций. Мальки выносятся течением в море, но по пути служат пищей многим хищным рыбам. В итоге устья реки достигает не более 1,8% мальков от числа зародышей. Через несколько лет взрослая горбуша возвращается из моря в реку, где она родилась, и приступает к размножению, после которого погибает. В среднем до половозрастного состояния доживает одна особь из 750 зародышей.

Экологические факторы разнообразны и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на них по-разному. Тем не менее ответные реакции организмов на любой фактор окружающей среды подчиняются общим экологическим законам. Главный из них — закон оптимума. Сущность закона отражает перенос живыми организмами действия экологических факторов разной силы.

Любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы, например, температура и влажность влияют на скорость размножения. Мы живем в мире с переменными экологическими условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее стабильны (в глубине пещер, на дне океанов).

Графически закон оптимума (рис. 8) выражается симметричной кривой и показывает, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении меры фактора.

Рассмотрим закон оптимума при действии экологического фактора — температуры (рис. 9). Кривые зависимости оптимума

от температуры для разных видов не совпадают. Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или находится за пределами критических точек. Например, верблюды и тушканчики не выносят условий северных пустынь, северные олени — жарких южных условий.

Ряд видов может жить только в очень стабильных условиях и не выдерживает резких колебаний экологических факторов. Другие же виды могут выдерживать широкие колебания экологических факторов. Например, растение недоброга вянет, если воздух не насыщен водяными парами, ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху. Таким образом, закон оптимума показывает, что для каждого вида есть своя мера влияния фактора, а уменьшение и усиление воздействия этой меры ведет к гибели организмов.

К видам с широкой экологической пластичностью — эвриби- онтным видам (evri в переводе с греческого — широкий), относится горностай, который специализируется по птице н мышевидным грызунам.

Из закона оптимума вытекает, что нет положительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, все зависит от силы воздействия каждого фактора. При суммарном воздействии экологических факторов на живые организмы любой фактор может стать либо ограничивающим — лимитирующим, либо оптимальным в зависимости от силы своего воздействия. Таким образом, следствием закона оптимума является закон ограничивающего лимитирующего фактора, сущность которого состоит в определении экологического фактора, который больше всего отклоняется от оптимального значения.

Закон минимума был открыт немецким химиком Либихом в 1840 г. Либих изучал действие различных химических элементов, содержащихся в почве, на рост и развитие растений, Он установил, что рост растений ограничивается химическим элементом, концентрация которого лежит в области минимума. На основании исследований он сформулировал принцип, известный как закон минимума Либиха: вещество, находящееся в минимуме, управляет урожаем, его величиной и устойчивостью во времени. Впоследствии закон минимума стал трактоваться более широко и в настоящее время известен как закон лимитирующего фактора.

Рассмотрим действие закона лимитирующего фактора иа примере. Бор — необходимый элемент, но его всегда мало в почве, когда при возделывании одной культуры в течение длительного времени будут исчерпаны его запасы, рост растений прекращается, даже если другие элементы имеются в изобилии. Ограничивающим или лимитирующим фактором может быть не только недостаток экологического фактора, но и избыток. Действие ограничивающего фактора проявляется и в том случае, когда другие факторы благоприятны. С законом оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства.

Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для разных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Например, у бабочки озимой совки, которая является полевым вредителем, выживаемость яиц максимальна при температуре +25°С, личинок — 4-22°С, куколок — +19°С; икра лососей может развиваться только в интервале температур от 0°С до 12°С, а взрослые особи легко переносят колебания температуры от -2°С до +20вС. Действие фактора ограничения можно наблюдать в природе очень часто. Например: озимая совка — вредитель зерновых и овощных культур, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые личинки, накопившие жировое тело, они могут переносить температуру до -11°С, а личинки младших возрастов не выдерживают охлаждение ниже -5°С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20°С и в Сибири этот вид отсутствует, т. е. зимняя температура — фактор, ограничивающий распространение данного вида. Увеличение устойчивости организмов к резкому колебанию экологического фактора в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в сельскохозяйственной практике. В специальных хранилищах создаются условия (особые режимы) для длительного хранения семяи различных культур. Сухие семена могут долго лежать не теряя всхожести, например, семена мака — 10 лет, ячменя, пшеницы — 32 года, плоды одуванчика — 68 лет, лотоса — до 250 лет. Известен случай, когда проросли семена лотоса, пролежавшие в торфе болота, высохшего 2000 лет назад.

ВОПРОСЫ Сформулируйте понятие экологического фактора н дайте классификацию нх по воздействию на живые организмы. Проиллюстрируйте явление адаптации живых организмов к важнейшим абиотическим факторам — свету» температуре, влажности. Раскройте понятия фотосинтеза, фотопериодизма, транспирации. Каковы особенности их действия у растений и животных? Какова роль анабиоза для живых организмов? Проиллюстрируйте морфологические и физиологические формы адаптации живых организмов к изменению температуры. Дайте понятие среды жизни живых организмов. Расскажите об особенностях водной среды. Объясните, каким образом физические свойства воды — плотность, теплопроводность, температура, солевой и газовый режимы влияют на живые организмы. Объясните, почему наземно-воздушная среда более разнообразная, чем водная. Каковы особенности и общие условия у почвы и воды как сред жизни? Расскажите о живых организмах в качестве среды жизни. Каким образом проявляется конвергенция у живых организмов? Перечислите экологические правила приспособления живых организмов к среде обитания, приобретения сходных изменений в окраске и телосложения. Сформулируйте сущность закона оптимума. Какова практическая значимость закона оптимума и лимитирующего фактора?