Limite de toleranță

Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și activitatea lor vor fi foarte recunoscători.

Viu este inseparabil de mediul înconjurător. Fiecare organism individual, fiind un sistem biologic independent, este în permanență în relații directe sau indirecte cu diferite componente și fenomene ale mediului său sau, altfel, mediul care afectează starea și proprietățile organismului.







Mediul este unul dintre principalele concepte ecologice, ceea ce înseamnă întregul spectru de elemente care înconjoară corpul și condițiile din acea parte a spațiului în care trăiește, tot ceea ce trăiește și cu care interacționează direct. Habitatul fiecărui organism este compus din multe elemente de natură anorganică și organică și elemente aduse de om și de activitățile sale de producție. În acest caz, fiecare element afectează direct, fie direct sau indirect, starea organismului, dezvoltarea, supraviețuirea și reproducerea acestuia - unele elemente pot fi indiferente parțial sau total față de organism, altele - necesare și altele - să aibă un efect negativ. În condițiile terestre, există patru tipuri principale de habitat pentru organismele vii: apă, pământ (aer), sol și, de asemenea, corpul unui alt organism folosit de paraziți. Fiecare dintre aceste tipuri are un set specific de proprietăți de mediu - factori de mediu și, prin urmare, necesită un set specific de adaptări ale organismelor la mediu (adaptări). În ciuda diversității factorilor de mediu și a naturii diferite a originii acestora, există reguli generale, precum și modelele influenței lor asupra organismelor vii despre care se vor spune și ale căror studii sunt scopul acestei lucrări.

Existența fiecărei specii este limitată la cele ale factorilor care se abat de la cel mai optim. „Legea Liebig a minimum“ a fost formulată pentru prima dată de chimistul german agricol, unul dintre fondatorii chimiei agricole Justus von Liebig în 1840. J. von Liebig studiat influența diferiților factori asupra creșterii plantelor și a constatat că producția de boabe este adesea limitată nu de substanțe nutritive care sunt necesare în cantități mari, cum ar fi dioxidul de carbon și apă, precum și cele care sunt necesare în cantități mici (de exemplu, bor) , dar care sunt puține în sol. Yu Libich a invocat principiul: "Substanța care este în minime, gestionată de recoltă." Acest principiu a devenit cunoscut sub numele de legea minimului lui J. Liebig. Conform acestei legi, efectul relativ al unui factor de mediu individual este mai puternic, cu atât mai mult este comparat cu alți factori la minim (Figura 1). Actul Liebig prezintă un aspect de organisme în funcție de mediul înconjurător, acesta se aplică strict într-un sistem de starea de echilibru. Dacă se schimbă condițiile de mediu, atunci acest sau acel proces se va schimba și va depinde de alți factori.

Figura 1. Model care ilustrează legea Liebig

Prin studierea acțiunii diferite de limitare a factorilor de mediu (cum ar fi lumina, caldura, apa) american Zoolog Victor Ernest Shelford (1877-1968) a ajuns la concluzia că factorul de limitare poate fi nu numai un dezavantaj, dar factorii în exces. În ecologia acestei poziții a fost inclusă și legea toleranței lui V. Shelford, formulată de el în 1913. Se spune: "Factorul limitator care limitează dezvoltarea corpului poate fi cel puțin și maximul impactului asupra mediului." Un factor limitator este înțeles ca un factor al cărui nivel calitativ și cantitativ (lipsă sau exces) se apropie de limitele de anduranță ale organismului dat.

Figura 2. Efectul temperaturii asupra vitezei de creștere a plantei

Limitele rezistenței sunt valoarea minimă și maximă a factorului la care este posibilă activitatea vitală. Frontierele dincolo de care se produce moartea organismelor sunt limitele inferioare și superioare ale rezistenței. Numeroase exemple ale acțiunii factorilor limitativi arată că acest fenomen are o semnificație ecologică comună. Un exemplu de acțiuni factor de limitare in natura este inhibarea plantelor erbacee, arbori de esență tare sub bolta de molid, unde posibilitatea lipsei limitate de lumină. Abilitatea organismelor de a tolera abaterile factorilor de mediu de la valorile optime ale intensității lor se numește toleranță (din latină - răbdare). Organismele pot avea o gamă largă de toleranță (rezistență) pentru un factor și pentru un interval îngust pentru celălalt. Dacă condițiile pentru unul dintre factorii de mediu nu sunt optime pentru specie, atunci intervalul de toleranță față de alți factori de mediu poate fi redus. De exemplu, cu un conținut limitat de azot, rezistența la secetă a cerealelor este redusă; cu un conținut scăzut de azot, este necesară o cantitate mai mare de apă pentru a împiedica evacuarea plantelor decât pentru un conținut ridicat de azot. Mulți factori de mediu devin adesea limitați în timpul sezonului de reproducere, care este de obicei critic pentru supraviețuirea organismelor. Limitele de toleranță pentru indivizii de reproducere sunt de obicei mai restrânse decât pentru plantele sau animalele adulte care nu cresc. Ele sunt, de asemenea, pentru ouă, embrioni, larve, germeni.

Pentru a exprima gradul de rezistență, există o serie de termeni în ecologie în care se folosesc prefixele steno (îngust) și eury (wide). Deci, există organisme stenotermice - euretermale (în funcție de temperatură), stenofagic - eurefag (în raport cu alimentele), stenobat - eurybat (în raport cu presiunea).

Speciile care pot rezista la abateri majore de la valorile optime ale diferiților factori care au o gamă largă de rezistență și trăiesc în diferite, de multe ori brusc medii diferite sunt numite eurybiontic. Astfel de specii sunt larg răspândite. De exemplu, vulpe eurybiontic se referă la organisme, cum insista asupra up-tundra Steppe, hrănirea și animale și plante alimentare. Dar există organisme stenobiontic strict adaptate, nu transportă fluctuațiile ascuțite în temperatură, umiditate, etc. hipopotamii și bivol - .. Animalele numai zonele cu umiditate ridicată și temperatură. Acestea sunt aproape toate plantele pădurii tropicale. Caviar dezvoltă char la o temperatura de 0-12 ° C, cu un optim la aproximativ 4 ° C, iar în curs de dezvoltare ouăle de broască, la o temperatură de 0-30 ° C, cu un optim la aproximativ 22 ° C. Astfel, în primul caz, se poate vorbi de stenothermal, iar în al doilea caz - despre eurethermicitate. Se pare că pentru fiecare organism și pentru specia în ansamblu există un optim de condiții. Nu este același lucru nu numai pentru speciile diferite care se află în condiții diferite, ci și pentru etapele individuale de dezvoltare a unui organism.

Pentru fiecare tip de grad caracteristic și de rezistență, de exemplu, plantele și animalele din zona temperată poate exista într-o gamă destul de largă de temperatură, tipurile de climat tropical nu poate rezista la fluctuații semnificative. Proprietatea speciilor de a se adapta la acest sau acel interval de factori de mediu este marcată de conceptul de plasticitate ecologică (valența ecologică) a speciei. Gama largă de fluctuații ale factorilor de mediu, în care pot exista specia activă, cu atât mai mare plasticitate ecologic, mai larg gama de toleranță (rezistenta). Din punct de vedere ecologic, non-plastic, adică specii cu randament scăzut, sunt stenobionice, mai rezistente - eurybionice. Stenobiontnost și eurybiontic caracterizează diferitele tipuri de adaptare a organismelor la supraviețuire. Specii lung dezvoltate în condiții relativ stabile, își pierd ductilitate și trăsături ecologice produc stenobiontic, în timp ce speciile care au existat în timpul fluctuații semnificative ale factorilor de mediu, de mediu a crescut dobândi ductilitate și să devină eurybiontic, adică tipuri cu o gamă largă de toleranță.







Figura 3. Plasticitatea ecologică a speciilor

Din moment ce toți factorii de mediu sunt interconectate și nici unul dintre ei este absolut indiferentă față de orice organism, fiecare populație și speciile în ansamblu pentru a răspunde acestor factori, dar le percep în mod diferit. Această selectivitate determină atitudinea selectivă a organismelor față de decontarea unui anumit teritoriu. Diferite tipuri de organisme impun cerințe diferite pentru condițiile de sol, temperatură, umiditate, lumină, și așa mai departe. D. Prin urmare, în diferite soluri din diferite zone climatice ale diferitelor plante sunt cultivate. La rândul lor, în asociațiile de plante se formează condiții inegale pentru animale.

Punct de vedere istoric de adaptare la factorii de mediu și anumite biotic intrând în comunicare cu altele, plante, animale, fungi, microorganisme sunt distribuite pe diferite medii și formează diverse ecosisteme (biogeocoenoses), în cele din urmă fuzionează în biosferă Pământului.

Înapoi în 1840 agrochimie german J. von Liebig a formulat Legea Mediului a minim, a cărui esență este că supraviețuirea organismelor este determinată de cea mai slabă verigă în lanțul de nevoile ecologice.

Pentru a face mai ușor să înțelegeți ce înseamnă această lege, puteți da următorul exemplu. Dacă organismul simte lipsa unui element, de exemplu, potasiu, atunci câți nu-l spam cu alte elemente ale mesei periodice, acest lucru nu îl va ajuta. Gradul de supraviețuire și productivitate va fi determinat de cantitatea minimă de potasiu care va fi disponibilă.

Cu toate acestea, motivul care limitează dezvoltarea corpului nu poate fi doar o lipsă, ci și un surplus de factori de mediu: lumină, apă, minerale. Generalizarea acestor concluzii a constituit baza legii toleranței ecologice, formulată în 1913 de zoologul american V. Shelford.

Legea toleranței reflectă rezistența organismelor vii la factorii de mediu. Toate speciile de pe planeta Pământ sunt adaptate la anumite fluctuații cantitative ale factorilor de mediu. Astfel, activitatea vitală a organismelor este determinată atât de minimul ecologic cât și de maximul ecologic al acestor factori. Intervalul dintre acești doi indicatori este numit limitele toleranței ecologice. De exemplu, temperatura minimă la care se află bacteria mezofil este + 100 ° C, iar temperatura maximă + 47 ° C. Prin urmare, intervalul dintre 100 ° C și 470 ° C va fi limita de toleranță la temperatură pentru aceste specii de organisme.

Oamenii de știință au reușit să stabilească limitele existenței și activității vitale a multor specii de organisme. Speciile cu limite largi de toleranță, care pot trăi cu fluctuații foarte semnificative în valoarea oricărui factor de mediu, au primit numele de eurybionts. Iar acele specii ale căror posibilități de viață sunt limitate de o serie îngustă de modificări ale acestui factor se numesc stenobionți. De exemplu, pentru un astfel de factor precum nevoia de apă, cămilă va fi un eurybiont, iar persoana va fi un stenobiont.

Dar limitele toleranței sunt exprimate nu doar de spațiu, ci și de timp. După cum se știe, speciile iubitoare de căldură care trăiesc în condiții de climat temperat sunt capabile să tolereze repetările ciclice ale sezoanelor reci și calde datorită adaptărilor fiziologice adecvate. Dar, pentru a leagă neecicic, de exemplu, la o răcire puternică în sezonul cald, multe specii nu sunt gata, deși în timpul sezonului rece tolerează temperaturi scăzute fără probleme.

Limitele de toleranță nu ar trebui să fie confundate cu nișa ecologică. Nișa este un concept mai larg, deoarece determină nu numai locul speciei în capacitatea sa de a tolera anumite condiții de mediu, ci și modul în care este hrănit sau, așa cum spun ecologiștii, activitatea sa.

Organismele sunt capabile să aibă o limită largă de toleranță în raport cu un factor de mediu și o gamă îngustă față de altele. În consecință, organismele cu o gamă largă de toleranță la toți factorii majori tind să fie foarte răspândiți în natură. În același timp, dacă condițiile pentru unul dintre factori sunt departe de a fi optime, limitele toleranței sunt adesea reduse de alți factori. De exemplu, lipsa unui element alimentar pentru o plantă poate afecta reducerea limitelor de toleranță la temperaturi scăzute sau ridicate. Astfel, se poate observa influența reciprocă a unui factor asupra altui, ca rezultat al limitelor de toleranță la oricare dintre acești factori. De exemplu, fiecare dintre noi a observat că un îngheț puternic este mult mai ușor de tolerat la umiditate scăzută. Iar capacitatea de a tolera seceta în plante este afectată semnificativ în vânturile puternice, când se formează așa-numitele vânturi uscate.

Dar se întâmplă și invers, când lipsa unui anumit factor (până la anumite limite, desigur) poate fi compensată de alți factori. De exemplu, perioada de secetă, care este aceeași în timp și intensitate, va transfera mai bine acea plantă, care va fi pe sol, mai bogată în elemente minerale. Acest lucru se datorează faptului că una dintre principalele funcții ale apei în instalație este livrarea componentelor minerale către corpul său. În consecință, pe soluri sărace, planta va trebui să depună eforturi mari pentru a trece prin ea cât mai multă apă și, în același timp, pentru a obține același număr de elemente. În general, legile ecologiei, precum și cele ale altor științe biologice, sunt mai complexe și mai degrabă plastice, comparativ, de exemplu, cu legile fizicii.

Dacă luăm în considerare viața pe Pământ ca un singur organism, atunci limita toleranței sale la un astfel de factor ca temperatura va fi destul de largă și va ajunge la peste 2500C. Limita inferioară va fi de aproximativ -20 ° C. O astfel de temperatură într-o stare de repaus poate tolera sporii anumitor bacterii, fără a-și pierde viabilitatea după reproducere. Și indicatorul maxim este de aproximativ + 900C. Un astfel de prag de temperaturi ridicate este capabil să transporte anumite tipuri de bacterii termofile care trăiesc în izvoare termale. Limitele toleranței nu sunt aceleași pentru reprezentanții aceleiași specii. Până la urmă, nevoia cantitativă a acestor sau a altor factori ai mediului depinde de vârsta organismului. Pentru un organism adult, limitele toleranței sunt întotdeauna mai largi decât pentru tineri. Dacă înghețurile de primăvară pot aduce numai probleme minore copacului adult, atunci pentru tineri ele pot fi fatale. În plus, limitele de toleranță pentru reprezentanții aceleiași specii depind de abilitățile fiziologice individuale. Deci, într-o persoană care se scufundă sistematic într-o gheață cu gheață, limitele toleranței la temperaturi scăzute sunt mai mari decât cele care nu practică acest mod de viață.

Printre legile care determină interacțiunea individului cu mediul său, se evidențiază regula corespondenței dintre condițiile mediului înconjurător al predeterminării genetice a organismului. Se afirmă că specia de organisme poate exista până atunci și în măsura în care mediul natural înconjurător corespunde posibilităților genetice de adaptare a acestei specii la fluctuațiile și schimbările sale. De exemplu, la animalele acvatice, limitele de toleranță la temperatură sunt, de obicei, mai restrânse în comparație cu animalele terestre, deoarece fluctuațiile de temperatură ale apei sunt mai mici decât cele de pe uscat.

Dar ar fi greșit să spunem că organismele vii sunt complet dependente de condițiile fizice ale mediului. Adaptarea la condițiile naturale, acestea, în același timp, le schimbă pentru a slăbi efectele limitative ale temperaturii, luminii, umidității și a altor factori. Dar eficiența acestor activități se manifestă în special atunci când organismele din interacțiunea lor formează comunități mari. De exemplu, o pădure cultivată pe un teren gol este capabilă să schimbe umiditatea, temperatura și aciditatea solului în această zonă. Aceasta este funcția de formare de mediu a ecosistemelor naturale.

instalație de toleranță ecologică

După ce ne-am familiarizat cu legile menționate mai sus, putem trage concluzii clare despre influența omului asupra limitelor toleranței diferitelor componente ale biosferei. Este evident că contaminarea apei, a aerului sau a solului cu substanțe toxice reduce limitele toleranței organismelor vii, chiar și a omului însuși, la diferiți factori de mediu nefavorabili. Schimbarea limitelor de toleranță ca urmare a impactului factorilor antropogeni poate duce, de asemenea, la o schimbare în nișele ecologice. Ca rezultat, există o schimbare și epuizarea diversității speciilor. De exemplu, poluarea apei din apele uzate industriale și comunale nu permite speciilor cu limite înguste de toleranță pentru substanțele nocive să supraviețuiască într-un astfel de mediu. Ca urmare, apa este locuită de specii mai tolerante, de exemplu, algele albastre-verzi, pe care le putem observa în număr mare în rezervoarele noastre.

Intervenția umană intensă în procesele naturale afectează nu numai limitele toleranței unor specii particulare, ci, de fapt, în limitele toleranței întregii biosfere ca un singur organism echilibrat.

Găzduit pe Allbest.ru







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: