Что такое пессимум в экологии
Глава 2. Организм и среда. Общие закономерности
2.3. Общие законы действия факторов среды на организмы
Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.
Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы
Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды – выносящие значительные колебания температуры, эврибатные– широкий диапазон давления, эвригалинные – разную степень засоления среды.
Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов:
1, 2 — стенотермные виды, криофилы;
3–7– эвритермные виды;
8, 9 — стенотермные виды, термофилы
Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено» – стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными.
Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными.
Положение оптимума и критических точек на градиенте фактора может быть в определенных пределах сдвинуто действием условий среды. Это регулярно происходит у многих видов при смене сезонов года. Зимой, например, воробьи выдерживают сильные морозы, а летом гибнут от охлаждения при температуре чуть ниже нуля. Явление сдвига оптимума по отношению к какому-либо фактору носит название акклимации. В отношении температуры это хорошо известный процесс тепловой закалки организма. Для температурной акклимации необходим значительный период времени. Механизмом является смена в клетках ферментов, катализирующих одни и те же реакции, но при разных температурах (так называемые изоферменты). Каждый фермент кодируется своим геном, следовательно, необходимо выключение одних генов и активация других, транскрипция, трансляция, сборка достаточного количества нового белка и т. п. Общий процесс занимает в среднем около двух недель и стимулируется переменами в окружающей среде. Акклимация, или закалка, – важная адаптация организмов, происходит при постепенно надвигающихся неблагоприятных условиях или при попадании на территории с иным климатом. Она является в этих случаях составной частью общего процесса акклиматизации.
2. Неоднозначность действия фактора на разные функции.
Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма (рис. 3). Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.
Рис. 3. Схема зависимости фотосинтеза и дыхания растения от температуры (по В. Лархеру, 1978): tмин, tопт, tмакс– температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)
Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.
4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.
5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.
Рис. 4. Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения (по Л. Г. Раменскому и др., 1956): 1– клевер луговой; 2– тысячелистник обыкновенный; 3– келерия Делявина; 4– мятлик луговой; 5– типчак; 6– подмаренник настоящий; 7– осока ранняя; 8– таволга обыкновенная; 9– герань холмовая; 10 – короставник полевой; 11– козлобородник коротконосиковый
Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям (рис. 4), затем оно широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.
6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы (рис. 5). Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.
Рис. 5. Смертность яиц соснового шелкопряда Dendrolimus pini при разных сочетаниях температуры и влажности
Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.
Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.
7. Правило ограничивающих факторов. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Любые сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в конкретные отрезки времени.
Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной (рис. 6). Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых – осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева – Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.
Рис. 6. Глубокий снежный покров – лимитирующий фактор в распространении оленей (по Г. А. Новикову, 1981)
Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.
Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.
Среда– всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д.
Условия существования, или условия жизни – совокупность необходимых организму элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Элементы среды как необходимые организму, так и отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами.
Экологические факторы принято делить на три основные группы: абиотические, биотические и антропогенные.
Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Они весьма разнообразны. Так, например, живые существа служат пищей (растения – для животных, животные – для хищников) и средой обитания (хозяин – для паразита, крупные растения – для эпифитов) для других организмов, способствуют размножению последних (опыление растений, распространение семян), оказывают химические, физические и другие воздействия. Внутривидовые(влияние особей этого же вида на организм)межвидовые (влияние других видов на организм)
Зависимости от принадлежности к определенному царству:
Антропогенные факторы – совокупность воздействий деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования человек оказывает влияние на среду (за счёт дыхания ежегодно в атмосферу поступает примерно 1,1·10 12 кг СО2 и др.) и неизмеримо большее производственной деятельностью во всё возрастающей степени.
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для организма (его жизнедеятельности), называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом.
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора, или Закон минимума Либиха — один из фундаментальных законов вэкологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.
«Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору». [1]
Любой фактор, находящийся в избытке или недостатке, ограничивает рост и развитие организмов и популяций.
Структура
В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
1)аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;
2)демэкологию или экологию популяций, изучающую структуру и динамику популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;
3)синэкологию, т.е.экологию сообществ;
Задачи
Задачи экологии:
— исследование закономерностей организации жизней;
— регуляция численности популяций;
— прогнозирование изменений окружающей среды под влиянием деятельности человека;
— восстановление разрушенных природных систем;
— сохранение эталонных участков биосферы.
Методы исследования
1. Полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной среде обитания. Именно при помощи полевых методов можно установить результаты влияния на организм конкретного комплекса факторов окружающей среды, выявить общую картину развития вида в определённых условиях.
2. Метод эксперимента. Главной его задачей является выяснение (путём наблюдения) причин существующих природе взаимоотношений. Путём эксперимента (опыт сравнивается с контролем) вычленяется и анализируется роль отдельных факторов при постоянстве всех остальных.
3. Метод моделирования биологических явлений. Методы математического моделирования используются для экологического прогнозирования. Поскольку в условиях научно-технического прогресса воздействие человека на окружающую среду неизбежно, составление экологического прогноза необходимо. Это сложная и ответственная задача, решить которую невозможно без многостороннего математического анализа всех аспектов взаимоотношений живых организмов с многочисленными факторами внешней среды. Управление экосистемами на основе точно составленных прогнозов — задача будущего.
Экосистема и ее факторы
Продуценты, консументы и редуценты
Растения, преобразующие энергию солнечного света в энергию химических связей. Создают органические вещества, потребляемые животными.
Пищевые цепи
Взаимоотношения между организмами разных трофических уровней отражаются в пищевых цепочках (трофических цепях), в которых каждое предыдущее звено служит пищей для последующего звена. Поток энергии и веществ идет однонаправленно: продуценты → консументы → редуценты.
В естественных сообществах пищевые цепи часто переплетаются, в результате чего образуются пищевые сети. Это связано с тем, что один и тот же организм может быть пищей для нескольких разных видов. Например, филины охотятся на полевок, лесных мышей, летучих мышей, некоторых птиц, змей, зайцев.
Экологическая пирамида
Экологическая пирамида представляет собой графическую модель отражения числа особей (пирамида чисел), количества их биомассы (пирамида биомасс), заключенной в них энергии (пирамида энергии) для каждого уровня и указывающая на снижение всех показателей с повышением трофического уровня.
Существует правило 10%, которое вы можете встретить в задачах по экологии. Оно гласит, что на каждый последующий уровень экологической пирамиды переходит лишь 10% энергии (массы), остальное рассеивается в виде тепла.
Представим следующую пищевую цепочку: фитопланктон → зоопланктон → растительноядные рыбы → рыбы-хищники → дельфин. В соответствии с изученным правилом, чтобы дельфин набрал 1кг массы нужно 10 кг рыб хищников, 100 кг растительноядных рыб, 1000 кг зоопланктона и 10000 кг фитопланктона.
Агроценоз
Факторы экосистемы
К биотическим факторам относятся все живые существа и продукты их жизнедеятельности. Например: хищники регулируют численность своих жертв, животные-опылители влияют на цветковые растения и т.д. Это и самые разнообразные формы взаимоотношений между животными (нейтрализм, комменсализм, симбиоз).
В результате деятельности человека произошли глобальные изменения: над Антарктикой появились «озоновые дыры», ускорилось глобальное потепление, которое ведет к таянию ледников и повышению уровня мирового океана.
За миллионы лет эволюции растения и животные вырабатывают приспособления к тем условиям среды, где они обитают. Так у алоэ, растения живущего в засушливом климате, имеются толстые мясистые листья с большим запасом воды на случай засухи. У каждого организма вырабатывается своя адаптация.
Формируются привычные биологические ритмы (биоритмы): организм адаптируется к изменениям освещенности, температуры, магнитного поля и т.д. Эти факторы играют важную роль в таких событиях как сезонные перелеты птиц, осенний листопад.
Если адаптация не вырабатывается, или это происходит слишком медленно по сравнению с другими видами, то данный вид подвергается биологическому регрессу: количество особей и ареал их обитания уменьшаются и со временем вид исчезает. Иногда деятельность человека играет решающий фактор в исчезновении видов.
Закон оптимума
За пределами зоны оптимума начинается зона угнетения (пессимума). Если значение фактора лежит в зоне пессимума, то организм испытывает угнетение, однако процесс жизнедеятельности может продолжаться. Таким образом, зона пессимума лежит в пределах выносливости организма. За пределами выносливости организма происходит его гибель.
Фактор, по своему значению находящийся на пределе выносливости организма, или выходящий за такое значение, называется ограничивающим (лимитирующим). Существует закон ограничивающего фактора (закон минимума Либиха), гласящий, что для организма наиболее значим фактор, который более всего отклоняется от своего оптимального значения.
Метафорически представить этот закон можно с помощью «бочки Либиха». Смысл данной метафоры в том, что вода при заполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску, таким образом, длина остальных досок уже не играет роли. Так и наличие выраженного ограничивающего фактора сводит на нет благоприятность остальных факторов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Экологический словарь
ПЕССИМУМ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ (от лат. pessimum — наихудшее), наименее благоприятные (обычно экстремальные) условия, при которых вид еще может существовать.
Смотреть значение ПЕССИМУМ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ в других словарях
Контроль Экологический — система контроля и надзора за состоянием окружающей природной среды, состоящая из государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды, а также.
Экономический словарь
Налог Специальный Экологический — SUPERFUND ENVIRONMENTAL TAXНалог, введенный в целях покрытия некоторых расходов гос-ва по охране окружающей среды.
Ставка
налога равняется 0,12%, помноженных на величину, получаемую.
Экономический словарь
Паспорт Объекта Экологический — документ, содержащий информацию об основных источниках загрязнения окружающей природной среды в результате деятельности компании, фирмы.
Экономический словарь
Государственный Экологический Контроль На Континентальном Шельфе — представляет собой систему мероприятий, направленных на предупреждение, выявление и устранение нарушений применяемых международных норм и стандартов или законов.
Юридический словарь
Пессимум — (лат. pessimus наихудший; син.: Введенского торможение, торможение пессимальное) состояние возбудимой ткани, возникающее при увеличении силы или частоты стимуляции выше.
Большой медицинский словарь
Пессимум — (от лат. pessimum — наихудшее) (физиол.), угнетение деятельности нервной и мышечной тканей, вызываемое чрезмерной частотой стимуляции нервного ствола, к-рая не может быть.
Биологический энциклопедический словарь
Пе́ссимум — (лат. pessimus наихудший; син.: Введенского торможение, торможение пессимальное)
состояние возбудимой ткани, возникающее при увеличении силы или частоты стимуляции выше.
Медицинская энциклопедия
Экологический — прил. 1. Соотносящийся по знач. с сущ.: экология, связанный с ним. 2. Свойственный экологии, характерный для нее
Толковый словарь Ефремовой
Пессимум
Полезное
Смотреть что такое «Пессимум» в других словарях:
ПЕССИМУМ — ПЕССИМУМ, особое физиологич. состояние нервно мышечного аппарата, впервые описанное русским физиологом Н. Е. Введенским в 1886 г. Под влиянием непрямого тетаниче ского раздражения при частоте не менее 100 в 1 секунду и силе индукционного тока на… … Большая медицинская энциклопедия
ПЕССИМУМ — (от лат. pessimum наихудшее) (физиол.), угнетение деятельности нервной и мышечной тканей, вызываемое чрезмерной частотой стимуляции нервного ствола, к рая не может быть воспроизведена в виде биопотенциалов самого нерва и синхронных сокращений… … Биологический энциклопедический словарь
пессимум — сущ., кол во синонимов: 1 • торможение (13) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
пессимум — (лат. pessimus наихудший; син.: Введенского торможение, торможение пессимальное) состояние возбудимой ткани, возникающее при увеличении силы или частоты стимуляции выше значений, вызывающих максимальную реакцию, и характеризующееся уменьшением… … Большой медицинский словарь
пессимум — п ессимум, а … Русский орфографический словарь
ПЕССИМУМ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ — (от лат. pessimum наихудшее), наименее благоприятные (обычно экстремальные) условия, при которых вид еще может существовать. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
Пессимум ритма и — силы раздражителя (от лат. pessimus наихудший) – уменьшение возбудимости ткани, возникающее при увеличении частоты и силы стимуляции выше значений, проявляющих максимальную реакцию … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
Климатический пессимум раннего Средневековья — или пессимум эпохи Великого переселения народов общее похолодание климата в Европе, продолжавшееся несколько столетий после римского климатического оптимума. Кульминацией климатического пессимума стало похолодание 535 536 годов. На смену… … Википедия
Великое переселение народов — Карта переселения народов. Великое переселение народов условное название совокупности этнических перемещений в Европе в IV VII веках, главным образом с пе … Википедия