Что такое оптимум пределы выносливости биология 9
Что такое оптимум пределы выносливости биология 9
Подробное решение параграф § 9 по биологии для учащихся 9 класса, авторов Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко 2011
• Что понимают под природной и социальной природой человека?
Ответ. Человек, как и все другие живые существа — часть природы и продукт природной, биологической эволюции. Человеку, как и животному, свойственны инстинкты, жизненные потребности. Существуют также и биологически запрограммированные схемы поведения человека как специфического биологического вида. Биологические факторы, определяющие существование и развитие определяются набором генов у человека, балансом вырабатываемых гормонов, обменом веществ и другими биологическими факторами. Все это характеризует человека как биологическое существо, определяет его биологическую природу. Но вместе с этим он отличается от любого животного и прежде всего следующими чертами:
— производит свою собственную окружающую среду (жилище, одежду, орудия труда), а животное не производит, только использует то, что есть в наличии;
— изменяет окружающий мир не только по мерке своей утилитарной потребности, но и по законам познания этого мира, равно как и по законам нравственности и красоты, животное же может изменять свой мир только по потребности своего вида;
— может действовать не только по потребности, но и сообразно свободе своей воли и фантазии, действие животного же ориентируется исключительно на удовлетворение физической потребности (голод, инстинкт продолжения рода, групповые, видовые инстинкты и т.п.);
— способен действовать универсально, животное же лишь применительно к конкретным обстоятельствам;
— свою жизнедеятельность делает предметом (осмысленно к ней относится, целенаправленно изменяет, планирует), животное же тождественно своей жизнедеятельности и не отличает ее от себя.
• Какие факторы называют биотическими и абиотическими?
• В чем проявляется разнообразие антропогенных факторов?
Ответ. Антропогенные факторы очень разнообразны. По природе антропогенные факторы подразделяют на:
По времени происхождения и длительностью действия антропогенные факторы делятся на следующие группы:
— Факторы, произведенные в прошлом: а) те, которые прекратили свое действие, но ее последствия ощущаются и сейчас (уничтожение определенных видов организмов, чрезмерный выпас скота и т.п.); б) те, что продолжают действовать и в наше время (искусственный рельеф, водохранилища, интродукция и т.п.);
— Факторы, которые производятся в наше время: а) те, которые действуют только в момент производства (радиоволны, шум, свет); б) те, что действуют определенное время и после окончания производства (устойчивые химические загрязнения, вырубленный лес и др.).
Вопросы после § 9
• Опишите закономерности действия экологических факторов на организм?
Ответ. На любой живой организм действует комплекс экологических факторов. Это факторы абиотические – неживой природы – физические (свет, температура, вода); химические (состав воды, почвы, воздуха); орографические (рельеф, экспозиция); почвенные (состав, структура, включения) и факторы – биотические – живая природа – хищничество, паразитизм, симбиоз. Особую группу составляют антропогенный факторы – влияние человека на природу. Они также подразделяются на физические (изменение рельефа), химические (загрязнение атмосферы) и биологические (выведение новых сортов, пород, штаммов). Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие — на определенный жизненный процесс. Наиболее благоприятное воздействие определенного фактора называют оптимальным.
Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Существуют верхний и нижний пределы выносливости.
Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.
В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.
Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).
• Что такое оптимум, пределы выносливости?
Ответ. Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону угнетения и пределы выносливости организма. Оптимум — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне угнетения жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости.
• Какой фактор называют ограничивающим?
Ответ. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется ограничивающий фактор. Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными. Ограничивающие факторы определяют географический ареал вида. Знание человеком ограничивающих факторов для того или иного вида организмов позволяет, изменяя условия среды обитания, либо подавлять, либо стимулировать его развитие.
Биология. 10 класс
§ 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности)
*Пределы выносливости (толерантности) и зоны воздействия 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?
Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологические знания позволили установить 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, то есть 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. Как видно из графика, 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 (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) он не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости.
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 выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:
1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, 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 (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдаются рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна 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 рост, развитие и размножение.
Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума.
Таким образом, закономерностями воздействия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума.
Организм и среда. Характеристика экологических факторов
Вопрос 1. Расскажите о задачах экологии.
Экология — наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Она изучает:
• воздействие окружающей среды на растительные и животные организмы, популяции, виды и экосистемы;
• взаимодействие живых организмов друг с другом;
• структуру популяций и механизмы, определяющие численность особей в них;
• продуктивность экосистем и закономерности их функционирования;
• влияние экологических факторов на человека и воздействие человека на другие организмы, популяции, виды и экосистемы. Важнейшие проблемы, решаемые экологией:
• сохранение природных экосистем;
• создание безотходных промышленных предприятий;
• предсказание последствий хозяйственной деятельности;
• создание высокопродуктивных агроценозов.
Вопрос 3. Сформулируйте закон минимума Либиха.
Юстус Либих (1803—1873) — немецкий ученый, основатель агрохимии, изучал минеральное питание растений, процессы гниения, брожения. В 1840-е гг. он сформулировал так называемый закон минимума: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется его величина и устойчивость». В более современном прочтении закон звучит следующим образом: «Даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а в пределе — к его гибели».
Вопрос 4. Поясните, каким образом может проявиться ограничивающее действие фактора среды.
Любая особь, популяция, сообщество испытывают одновременное воздействие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными. Такие факторы называют лимитирующими, их отсутствие или наличие в концентрации ниже и выше критических уровней делает невозможным освоение среды организмами определенного вида. Благодаря наличию лимитирующих экологических факторов для каждого биологического вида существуют оптимум и пределы выносливости. Так, устрицы наилучшим образом развиваются в воде с содержанием солей 1,5—1,8 %. При снижении концентрации солей до 1,0 % более 90 % личинок погибает в течение двух недель, а при концентрации 0,25 % все поголовье их гибнет за одну неделю. Повышение концентрации соли по сравнению с оптимальной величиной также оказывает неблагоприятное действие на устриц. В общем виде зависимость выживаемости организмов определенного вида от интенсивности лимитирующего экологического фактора представлена графически на рис.1. Взаимодействие нескольких экологических факторов усложняет картину. Так, некоторые виды тропических орхидей в природе при относительно высокой температуре воздуха растут только в тени. При искусственном понижении температуры окружающего воздуха они прекрасно развиваются в условиях прямой инсоляции.
Рис.1. Интенсивность действия экологического фактора и выживаемость вида
Лимитирующим, в принципе, может стать любой абиотический фактор. Например, для растений в теплице одинаково вредны слишком высокая либо низкая температура, избыточный и недостаточный полив, избыток и дефицит удобрений в почве и т. д. В реальных условиях обычно можно выделить один наиболее значимый ограничивающий фактор. Так, в сухих зонах для деревьев, произрастающих на богатой почве при оптимальной температуре, таким фактором является количество осадков. Действие лимитирующего фактора нарушает обмен веществ в тканях и клетках, приводит к стрессовому состоянию организма, замедлению (остановке) роста, заболеваниям и даже гибели.
Вопрос 5. Что такое экологическая ниша? Охарактеризуйте экологическую нишу хорошо известного вам вида.
Экологическая ниша — это совокупность всех факторов среды, которые требуются для существования вида. С другой стороны, экологическую нишу можно определить как местоположение вида в биоценозе. Экологическая ниша может сильно варьировать у разных видов. Например, местом обитания жирафа является сухая жаркая саванна, в которой растут высокие деревья; для пингвина — это холодное побережье с большим количеством рыбы в океане и т.д. Образование экологической ниши — сложный процесс перераспределения ресурсов экосистемы между видами, результат межвидовой борьбы за существование, дивергенции и видообразования.
§ 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности)
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности) |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Суббота, 18 Декабрь 2021, 22:16 |
Оглавление
*Пределы выносливости (толерантности) и зоны воздействия 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?
Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологические знания позволили установить 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, то есть 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. Как видно из графика, 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 (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) он не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости.
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 выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:
1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, 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 (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдаются рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна 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 рост, развитие и размножение.
Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума.
Таким образом, закономерностями воздействия 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 силу воздействия факторов 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 сильно изменяющимся условиям среды. Врожденное свойство видов приспосабливаться к тому или иному диапазону изменения факторов среды называется экологической пластичностью или экологической валентностью. Экологическая валентность вида шире экологической валентности отдельной особи. У взрослого организма она шире, чем у молодого.
В зависимости от экологической пластичности у организмов имеются разные пределы выносливости к различным экологическим факторам. 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.
В зависимости от пределов выносливости виды разделяют на две группы: стенобионты и эврибионты. Стенобионты (от греч. stenós — узкий) — виды организмов, имеющие узкие пределы выносливости. Они способны существовать на ограниченных территориях с относительно постоянными условиями среды. Таким образом, стенобионты маловыносливые 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. К стенобионтам также относятся многие животные океанических глубин (скаты), обитатели влажных тропических лесов (колибри), высокогорных районов, пещер изолированного континента Австралия (коала, ехидна, утконос). Стенобионтность ограничивает возможность расселения и обусловливает локальное распространение видов.
Эврибионты (от греч. eurýs — широкий) — виды организмов, имеющие широкие пределы выносливости. Они могут заселять обширные территории и выдерживать значительные колебания факторов внешней среды. Эврибионты характеризуются способностью легко приспосабливаться к сильно изменяющимся условиям среды, поэтому широко распространены по всей планете. Типичным представителем эврибионтов является колюшка, которая может жить как в пресных, так и в соленых водах. Среди растений к эврибионтам относятся ель, сосна, береза, многие сорные травянистые растения (пырей, одуванчик). Из животного царства — собаки, крысы, мыши, воробьи, синицы, голуби.
Рыбы, живущие в стоячих водоемах пустынь, переносят перепады температуры от +10 до +40 °C. Они являются эврибионтами по отношению к температуре по сравнению с антарктическими рыбами, диапазон переносимых температур у которых составляет всего 4 °C (от –2 до +2 °C). Элодея канадская и золотарник канадский являются эврибионтами по температурному фактору, вследствие чего они широко распространились по территории Беларуси. В то же время ручьевая форель — стенобионт по отношению к температуре и концентрации кислорода. Она не выдерживает заметного колебания значений этих факторов, поэтому может жить только в определенных водоемах.
С разнообразием стенобионтов и эврибионтов по отношению к отдельным экологическим факторам (свет, влажность, температура) вы познакомитесь в последующих параграфах данной главы, где рассматриваются приспособления организмов к этим факторам.
Повторим главное. 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 толерантности выделяют зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности и пессимума. В зависимости от пределов толерантности организмы делят на стенобионтов, имеющих узкие пределы выносливости, и эврибионтов — с широкими пределами выносливости.
Проверим знания
1. Дайте определение понятий «экологический минимум», «экологический максимум», «экологический оптимум», «пределы выносливости».
2. Укажите различия между стенобионтами и эврибионтами. Подтвердите их на конкретных примерах.
3. Что такое «экологическая пластичность», как она влияет на пределы выносливости организмов?
* 4. У организма пределы выносливости по отношению к температуре составляют –8…+40 °C. Какое из значений температуры для него будет оптимальным?
*1. Выберите из предложенных вариантов: 1) 25—60 %; 2) 35—75 %; 3) 45—85 %; 4) 60—95 % — диапазон колебания влажности, при котором организм с экологическим оптимумом 55 % будет чувствовать себя наиболее комфортно.
2. У организма пределы выносливости по отношению к температуре составляют 4—30 °C. Постройте симметричный график зависимости жизнедеятельности организма от температуры, приняв максимальную жизнедеятельность за 100 %. Масштаб произвольный. С помощью графика определите экологический оптимум по отношению к температуре. В какое время года будет наблюдаться размножение данного организма в климатических условиях Беларуси?
3. Фермер решил выращивать капусту на продажу. Какие экологические знания о капусте и условиях среды ему понадобятся для получения максимального урожая и процветания бизнеса?
*4. Рассчитайте экологический оптимум по отношению к температуре для разных видов культурных растений, имеющих следующие пределы толерантности: 1) 15—45 °C; 2) –3…+29 °C; 3) 12—38 °C; 4) –10…+20 °C; 5) 6—24 °C. Расположите эти виды в порядке увеличения холодостойкости. Какие из этих видов можно выращивать в вашей климатической зоне?
*Индивидуальное домашнее задание. Проведите дома эксперимент: в несколько небольших емкостей поместите почву, посейте семена двух видов культурных растений, резко отличающихся по потребности к влаге (огурец, томат, редис, пшеница и др.). Разделите проростки на группы и поливайте их разным количеством воды по возрастающей — от минимального до максимального. Определите для этих растений пределы выносливости и экологические оптимумы, сравните их и сделайте вывод об экологической пластичности изучаемых растений.