<<
>>

Адаптация живых организмов. Закон толерантности

В течение жизни на живые организмы воздействует множество различных экологических факторов природного и антропогенного характера. Чтобы выжить, животные и растения вынуждены приспосабливаться к условиям окружающей среды, причем эти приспособления вырабатываются у них в процессе эволюции и естественного отбора, закреплялся генетически.

Эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность в условиях динамического влияния экологических факторов, называются адаптациями (от лат. adaptatio — приспособление).

Наиболее четко проявляются температурные адаптации. Так, птицы и млекопитающие регулируют температуру своего тела за счет собственного «внутреннего» тепла, вырабатываемого организмом. Остальные полагаются на внешние источники тепла, регулируя пути его поступления или отдачи. Например, у обитающих в жарких странах насекомых имеется, как правило, светлая или блестящая окраска, отражающая часть солнечных лучей. Южные растения также могут обладать блестящими серебристыми листьями. Растения, обитающие в пустыне, вообще лишены листьев, что обеспечивает им минимальные потери влаги. А в холодных районах чаще встречается темная окраска, способствующая поглощению тепла.

Животные высокогорий и полярных районов для удержания тепла обзаводятся теплоизоляцией — жировой прослойкой, плотными перьями, густым мехом. Шерсть защищает верблюда как от холода, так и от жары; в случае необходимости он может испарять свою собственную влагу, теряя до 30% своего веса, либо изменять температуру своего тела с 41 до 34вС.

Размеры и форма тела также связаны с температурными условиями. Среди родственных видов обитатели холодных районов обычно крупнее своих теплолюбивых сородичей — «правило Бергмана». Суть данного правила состоит в следующем: чем крупнее животное, тем меньше отношение поверхности его тела к объему и, следовательно, меньше потери тепла.

Точно так же объясняется и другая закономерность — «правило Аллена»: у животных, обитающих в холодном климате, выступающие части тела (уши, лапы, хвост) обычно бывают короче.

Характерно, что организмы адаптируются не только к температурным колебаниям, но и к динамике влажности, освещенности, солнечной радиации и другим экологическим факторам. Чем выше способность вида адаптироваться к отдельным факторам, тем больше шансов выжить в условиях окружающей среды.

Большинство биологических видов приспособлено не к определенным значениям данного фактора, а к его временным флуктуациям. Организм способен выживать только в пределах определенного диапазона изменчивости данного фактора. Как при более низких, так и при более высоких его значениях жизненные процессы оказываются заторможенными, поэтому может наступить гибель организма. Зависимость интенсивности жизнедеятельности организма или популяции от интенсивности фактора имеет колоколообразную форму и называется кривой толерантности (выносливости) (рис. 3.1).


Данная кривая имеет две критические точки, определяемые минимальным и максимальным значениями экологического фактора. Заключенный между ними интервал изменчивости фактора является диапазоном экологической толерантности. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше ею устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному воздействию. Таким образом, толерантность (от лат. tolerantia — терпение) — это выносливость организмов по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора, способность организма выдерживать отклонения экологического фактора от оптимальных значений.

Для каждого вида организмов по каждому экологическому фактору можно определить зону оптимума, в которой условия его существования будут наиболее благоприятными, активность организма будет максимальной, а сам он будет лучше и быстрее расти, развиваться, размножаться.

Специфические адаптивные механизмы дают возможность организму переносить определенный размах отклонений фактора от оптимальных значений без нарушения его нормальных функций. Эти значения фактора формируют зоны сниженной активности. Зон с такими значениями две - соответственно отклонению фактора от оптимума в сторону либо недостатка, либо избытка.

Дальнейший сдвиг значений фактора в сторону увеличения или уменьшения снижает эффективность действия адаптивных механизмов и, как следствие, нарушает жизнедеятельность организма (замедляется рост, нарушаются циклы размножения ит. д.). Значения любого экологического фактора, близкие к предельным минимальным и максимальным величинам, образуют зоны угнетения, или стрессовые зоны. В стрессовых зонах активность организмов обычно сильно ограничена. При достижении минимального и максимального значений фактор станет несовместим с жизненными процессами, а в организме произойдут изменения, вызывающие его гибель.

Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне оптимума энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы. При выходе за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы, функционирование которых связано с затратами энергии: чем больше отклонение, тем больше затраты.

Условия окружающей среды проявляют значительную изменчивость во времени и в пространстве. Это могут быть периодически повторяющиеся изменения (при смене времени года или суток, при приливах и отливах), хаотические (стихийные бедствия) либо медленные однонаправленные изменения (например, потепление климата). Лишь немногие виды населяют места, в которых условия существования остаются неизменными в течение их жизни.

Степень приспособляемости организмов к изменениям условий среды характеризуется экологической валентностью (пластичностью) вида. Виды, способные существовать только при небольших откло

нениях фактора от оптимальной величины, называются стенобион- тами (от греч. stenos — узкий).

Виды, выдерживающие значительные изменения фактора, — эврибионты (от греч. eurus — широкий) (рис. 3.2). Такие вилы легче расселяются по территории, выживают и размножаются в различных условиях, имеют более широкий ареал распространения, менее подвержены влиянию деятельности человека. Стенобионтность и эврибионтность характеризуют различные типы приспособлений организмов к выживанию.

Рис. 3.2. Экологическая валентность видов

Виды, долго живущие в стабильных условиях, могут из эвриби- онтов превратиться в стенобионтов и наоборот. По отношению ко всем факторам среды эврибионтных организмов очень мало. Чаще всего эти качества проявляются по отношению к одному или нескольким факторам. Названия конкретных экологических типов организмов создаются на основе латинского или греческого названия данного фактора с приставкой эври- или стено-. Например, организмы, которые могут существовать в широком диапазоне температур, называются эвритермными, а в узком — стенотермными.

Помимо величины зоны толерантности, может изменяться и положение оптимума на шкале количественных изменений фактора. Кривая активности организма в зависимости от величины экологического фактора не всегда имеет симметричный вид. Во многих случаях оптимум может располагаться вблизи крайних точек, а наиболее благоприятным для организма будет тот диапазон, в котором напряженность фактора является максимальной или минимальной.

Исследования экологической устойчивости организмов привели к уточнению принципа толерантности. Существует ряд ограничений, определяющих изменчивость толерантности во времени и пространстве в зависимости от категории особей. Зона толерантности и положение оптимума данного фактора могут быть различны для разных функций организма. Например, термические границы толерантности многих организмов шире для выживания, чем для размножения. Шпрот выживает в воде с температурой от 0 до 10 °С и выше, а нерестится в интервале температур от 8 до 11 °С; балтийская треска имеет зону толерантности от — 2 до +6 °С, а нерест совершает при 4—5 °С.

Толерантность организма может зависеть от пола и возраста. Например, температурный оптимум и ширина зоны толерантности у молодых и взрослых особей, а также самцов и самок одного вида значительно различаются (рис. 3.3).

Температура окружающей среды, °С

Рис. 3.3. Зависимость толерантности от пола и возраста жука-усача:

1,2 — личинки; 3, 4 — взрослые особи; сплошные линии — самки; штриховые - самцы

Одни и те же виды организмов, живущие в различных ареалах, могут иметь различные границы толерантности (рис. 3.4). Таким образом, именно локальные популяции, а не биологический вид в целом проявляют приспособляемость к характерным для данной местности интенсивностям фактора. Экологическая толерантность может изменяться под воздействием других факторов среды. Например, в зависимости от влажности воздуха термические границы толерантности соснового шелкопряда могут изменяться; при влажности воздуха 10% температурный диапазон выживания - от 14 до 25 °С, а при влажности 60% — от 10 до 32 °С.

Рис. 3.4. Активность пульсационных движений медузы в зависимости от температуры: 1 — северная популяция; 2 — южная популяция

На выносливость организмов влияет скорость изменения экологического фактора. Например, при резком охлаждении одного из видов гусениц с +15 до —20 °С и дальнейшем их согревании не удалось спасти ни одну из особей, но при медленном понижении температуры их удалось охладить практически до абсолютного нуля и затем почти всех вернуть к жизни.

Информация об оптимальных значениях отдельных факторов и диапазоне выносливости (толерантности) организма по отношению к конкретным факторам имеет значение для общей характеристики вида при решении таких задач, как акклиматизация видов в новых условиях, влияние антропогенной деятельности на организмы, связанное с существенными колебаниями отдельных экологических факторов.

Экологическая толерантность вида является выражением степени его приспособления к условиям среды и определяется соответствующим ареалом, т. е. областью географического распространения, особей данного вида. 

<< | >>
Источник: Большаков В.Н., Качак В.В., Коберниченко В.Г.. Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. п доп. 2005

Еще по теме Адаптация живых организмов. Закон толерантности:

  1. Особенности функционирования живых организмов и живых систем
  2. ТОЛЕРАНТНОСТЬ
  3. 6.4. ТРУДОВАЯ АДАПТАЦИЯ ПЕРСОНАЛА СИТУАЦИЯ «АДАПТАЦИЯ ПЕРСОНАЛА»
  4. Этническое меньшинство и орактика толерантности
  5. Социально-психологические и ситуативные факторы. Толерантность в межэтнических отношениях
  6. 7.4. Адаптация персонала
  7. СОЦИАЛЬНАЯ АДАПТАЦИЯ
  8. 5.4.2. Опыт профориентации и адаптации персонала
  9. 5.4.3. Организация управления профориентацией и адаптацией персонала
  10. Глава 3. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ
  11. 23. АДАПТАЦИЯ НА НОВОМ МЕСТЕ РАБОТЫ
  12. 1.3. От механизма к субъекту: развитие форм саморегулирования «коллективных организмов»