Ограничивающий фактор для человека температура
Наверняка каждый из нас замечал, как растения одного и того же вида прекрасно развиваются в лесу, но на открытых пространствах чувствуют себя плохо. Или, к примеру, некоторые виды млекопитающих имеют большую популяцию, а другие более ограничены при, казалось бы, одинаковых условиях. Все живое на Земле так или иначе подчиняется своим собственным законам и правилам. Их изучением занимается экология. Одно из основополагающих утверждений – закон минимума Либиха (лимитирующего фактора).
Ограничивающий экологический фактор: что это?
Немецкий химик и основоположник агрохимии, профессор Юстус фон Либих, сделал множество открытий. Одно из самых известных и признанных – открытие фундаментального закона экологии: ограничивающего фактора. Он был сформулирован в 1840 году, а позже дополнен и обобщен Шелфордом. Закон гласит, что для любого живого организма наиболее значим тот фактор, который в большей степени отклоняется от своего оптимального значения. Иными словами, существование животного или растения зависит от степени выраженности (минимальной или максимальной) того или иного условия. Особи встречаются на протяжении своей жизни с самыми разнообразными ограничивающими факторами.
«Бочка Либиха»
Фактор, ограничивающий жизнедеятельность организмов, может быть разным. Сформулированный закон по сей день активно используется в сельском хозяйстве. Ю.Либих установил, что продуктивность растений зависит в первую очередь от минерального вещества (питательного), наиболее слабо выраженного в грунте. К примеру, если азота в почве всего лишь 10% от требуемой нормы, а фосфора – 20%, то фактор, ограничивающий нормальное развитие, – недостаток первого элемента. Следовательно, в почву следует первоначально внести азотсодержащие удобрения. Максимально понятно и наглядно значение закона было изложено в так называемой «бочке Либиха» (на фото выше). Ее суть в том, что при наполнении сосуда вода начинает переливаться через край там, где наиболее короткая доска, а длина остальных уже не имеет особого значения.
Вода
Данный фактор является наиболее жестким и существенным по сравнению с остальными. Вода – основа жизни, так как играет важную роль в жизнедеятельности отдельной клетки и всего организма в целом. Поддержание ее количества на должном уровне – одна из главных физиологических функций любого растения или животного. Вода как фактор, ограничивающий жизнедеятельность, обусловлен неравномерным распределением влаги по поверхности Земли в течении года. В процессе эволюции многие организмы приспособились к экономному расходованию влаги, переживанию засушливого периода в состоянии спячки или покоя. Наиболее сильно данный фактор выражен в пустынях и полупустынях, где очень скудная и своеобразная флора и фауна.
Свет
Поступающий в форме солнечной радиации свет обеспечивает все жизненные процессы на планете. Организмам важна его длина волны, продолжительность воздействия, интенсивность излучения. В зависимости от этих показателей происходит адаптация организма к условиям среды. Как фактор, ограничивающий существование, он особенно сильно выражен на больших морских глубинах. К примеру, растения на глубине 200 м уже не встречаются. В совокупности с освещением здесь «работают», как минимум еще два лимитирующих фактора: давление и концентрация кислорода. Противопоставить этому можно влажные тропические леса Южной Америки, как наиболее благоприятную для жизни территорию.
Температура окружающей среды
Ни для кого не секрет, что все физиологические процессы, протекающие в организме, зависят от внешней и внутренней температуры. Причем большая часть видов приспособлена к довольно узкому диапазону (15-30 °С). Особенно сильно выражена зависимость у организмов, которые не способны самостоятельно поддерживать постоянную температуру тела, к примеру, пресмыкающихся (рептилий). В процессе эволюции сформировалось множество приспособлений, позволяющих преодолевать этот ограниченный фактор. Так, испарение воды при жаркой погоде во избежание перегрева у растений усиливается через устьица, у животных – через кожные покровы и дыхательную систему, а также поведенческие особенности (скрываются в тени, норах и т.д.).
Загрязняющие вещества
Значение антропогенного фактора нельзя недооценивать. Последние несколько столетий для человека ознаменовались стремительным техническим прогрессом, бурным развитием промышленности. Это привело к тому, что вредные выбросы в водоемы, почву и в атмосферу увеличились в несколько раз. Понять, какой фактор ограничивает тот или иной вид, можно только после исследований. Подобное положение дел объясняет тот факт, что видовое разнообразие отдельных регионов или областей изменилось до неузнаваемости. Организмы меняются и приспосабливаются, одни сменяют другие.
Всё это – основные факторы, ограничивающие жизнь. Помимо них, существует множество других, перечислить которые просто невозможно. Каждый вид и даже особь индивидуальна, поэтому и лимитирующие факторы будут самыми разнообразными. К примеру, для форели важен процент кислорода, растворенного в воде, для растений – количественный и качественный состав насекомых-опылителей и т.д.
Все живые организмы имеют определенные пределы выносливости по тому или иному лимитирующему фактору. У некоторых они достаточно широкие, у других – узкие. В зависимости от этого показателя различают эврибионтов и стенобионтов. Первые способны переносить большую амплитуду колебания различных ограничивающих факторов. К примеру, обыкновенная лисица, обитающая повсеместно от степей до лесотундры, волки и т.д. Стенобионты, напротив, способны выдержать очень узкие колебания, к ним относятся практически все растения дождевых лесов.
Источник
Окружающая среда оказывает влияние на организмы, обитающие на Земле. Температура, свет, влажность – это экологические факторы среды. Их изменения приводят к смене биологических свойств живых организмов. Меняется география обитания, размножение, питание.
Факторы среды
К экологическим факторам относят условия вокруг, оказывающие воздействие на организмы. Различают абиотические факторы неживой природы и биотические. Биотические факторы – взаимодействие живых организмов, которые влияют на их вид. Также на живые организмы влияют антропогенные факторы – последствия человеческой деятельности.
Живые организмы умеют приспосабливаться к изменениям – это называется адаптацией. Внешний вид организма, отражающий его взаимодействие с окружающей средой, является жизненной формой.
К биотическим экологическим факторам относится температура при условии возникновения особого микроклимата или среды обитания. Физические и химические изменения окружающей среды относятся к абиотическим.
Температура как экологический фактор
Относительное постоянство температуры является основным условием существования живых организмов. Основной источник тепла – солнечное излучение. Физиологические процессы происходят только при определенной температуре.
Воздействие температуры зависит от географического расположения конкретного вида. Климат определяет растения и животных, которые обитают в данной местности. Во Вселенной диапазон температур достаточно большой. Жизнь может существовать только от -200 до + 100 оС. Но большинство видов обитают в гораздо более узком температурном режиме.
Для строения белков требуется температура от 0 до +50 оС. Некоторые организмы могут существовать за этими пределами. Температура как экологический фактор характеризуется сезонными и суточными колебаниями. Изменения температуры, выходящие за диапазон, при котором живые организмы могут существовать, приводит к их массовой гибели. Менее значимое изменение влияет на рост, развитие и поведение многих животных.
Терморегуляции организмов
Свет и температура как экологические факторы влияют на приспосабливаемость живых организмов. Это происходит благодаря биохимическим и физиологическим перестройкам организма и поддержания ими постоянной температуры тела. Различают два вида организмов:
- пойкилотермные;
- гомойотермные.
Пойкилотермные организмы меняют температуру тела в зависимости от окружающей среды. К ним относятся растения, грибы, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и беспозвоночные. Они впадают в оцепенение при низких или слишком высоких температурах.
Гомойотермные умеют поддерживать относительно постоянную температуру тела при изменении условий окружающей среды. Некоторые теплокровные умеют при снижении температуры впадать в оцепенение, при этом их температура тела тоже становится близкой к нулю. Это наблюдается у некоторых птиц и мелких грызунов. Сезонная спячка характерна для медведей, ежей, сусликов и летучих мышей.
Биохимическая адаптация растений
Температура – важнейший экологический фактор для растений. При изменении окружающей среды растения не могут уйти в другую местность, поэтому они приспосабливаются другим образом.
Большинство растений для адаптации к слишком низким или высоким температурам повышают концентрацию сока, накапливают сахара в клетках, снижают теплоотдачу, повышают уровень антоцианов.
При воздействии высококритичных температур в цитоплазме растений увеличивается количество защитных веществ, концентрация органических кислот, солей и слизи. Благодаря этому снижается риск свертывания цитоплазмы и происходит нейтрализация токсичных веществ.
У растений, приспособленных к снижению температуры, накапливаются углеводы, чаще всего глюкоза, в клетках, уменьшается количество воды. Это способствует снижению точки замерзания.
Физиологическая адаптация растений
Изменения температуры, экологического фактора среды, заставляют живые организмы приспосабливаться следующим образом:
- снижение собственных размеров, увеличение репродуктивных органов;
- формирование укороченных побегов;
- сохранение отмерших листьев на кронах;
- опушение побегов;
- покрытие листьев воском;
- оплетение корнями теплых камней;
- погружение части растения в почву.
Также физиологической защитой от изменения температуры является усиленное испарение воды. Такую форму защиты растения используют в жарких влажных районах. В пустынях и степях короткий цикл развития защищает от воздействия высоких температур. Весь цикл происходит весной, а лето растения переживают в состоянии покоя луковиц или корневищ. Мхи и лишайники при высоких температурах впадают в состояние анабиоза.
Морфологическая адаптация растений к температуре
Температура как экологический фактор заставляет растения приспосабливаться к высоким и низким температурам окружающей среды.
В субтропическом и тропическом поясе растения усиливают отражение солнечных лучей. Этому способствует светлая блестящая окраска. Таким образом растения снижают воздействие высокой температуры. Отдельные особи способны уменьшать поверхность, поглощающую свет, за счет колючек, рассеченных или свернутых листьев. Вертикальные листья снижают перегрев растения. Лист может поворачиваться в течение суток, чтобы избежать прямых солнечных лучей.
В холодном климате для сохранения тепла формируются карликовые формы растений. Деревья могут достигать в высоту 50 см. Кусты принимают стелющуюся форму. Высокогорные и арктические растения имеют форму подушки. Они менее чувствительны к ветру, хорошо укрываются под снегом зимой и максимально используют тепло почвы летом.
Биохимические адаптации животных
Такие экологические факторы, как свет, температура, влажность, оказывают влияние на адаптационные механизмы животных. Разнообразие адаптационных факторов появилось благодаря пойкилотермным и гомойотермным организмам.
У хладнокровных животных для исключения замерзания в крови накапливаются так называемые биологические антифризы. Их формирование позволяет понизить точку замерзания и не погибнуть в критических условиях. У рыб вещества называются гликопротеиды, у насекомых накапливается глицерин или высокая концентрация глюкозы.
Теплокровные животные избегают переохлаждения за счет увеличения обмена веществ. Жировые запасы способствуют появлению дополнительной энергии, которая тратится на обогрев организма. У некоторых млекопитающих, например, у бурого медведя, есть особая жировая ткань – бурый жир. Он богат митохондриями и кровеносными сосудами.
Физиологическая адаптация животных к температуре
На процесс адаптации к новым условиям влияет температура как экологический фактор. Кратко процесс можно описать следующими словами: у хладнокровных животных процессы жизнедеятельности зависят от окружающей среды, у теплокровных регулируются внутри организма.
Теплообмен у хладнокровных животных происходит благодаря особенностям кровеносной системы. Сосуды, мышцы и кожа тесно соприкасаются между собой, кровь кожи нагревается и уходит к мышцам, согревая их. Если температура окружающей среды увеличивается, то ускоряется кровоток.
У всех животных перегрев снимается за счет испарения влаги с поверхности тела. У некоторых испарение интенсивнее происходит через слизистые и верхние дыхательные пути. Такой способ присущ теплокровным животным с шерстью.
При снижении температуры окружающей среды животные, в том числе и человек, ощущают мышечную дрожь. Отдельные виды их впадают в спячку. Если животное обладает редкой и короткой шерстью, то терморегуляция происходит посредством расширения и сужения сосудов кожи.
Морфологическая адаптация животных
Температура как экологический фактор оказывает влияние на животных и морфологическую адаптацию. Замечено, что хладнокровные животные тем крупнее, чем ближе к экватору. Теплокровные же – наоборот. Их размер увеличивается по мере приближения к арктическому полюсу.
Чем больше поверхность тела, тем интенсивнее отдача тепла в окружающее пространство. По этой причине южные животные обладают длинными ушами, длинным хвостом и конечностями. Это особенно видно при рассмотрении близких видов грызунов.
Уменьшению потерь тепла способствуют различные покровы тела: у пресмыкающихся – роговый покров, у птиц – перья, у млекопитающих – мех. Сохранению тепла при понижении экологического фактора – температуры воды – у животных севера, обитающих в воде, способствует подкожный жир. Важную роль играет цвет кожного покрова. Светлая окраска тропических животных позволяет избегать перегревания.
Поведенческие адаптации животных
Поведенческие адаптации зависят от температуры как экологического фактора. У хладнокровных животных выделяют следующие типы поведенческих реакции:
- выбор мест с наилучшей температурой;
- смена позы.
Хладнокровные животные отыскивают места, где достаточно солнечного света. После нагрева тела они перемещаются в тень или прячутся в норах. Температуру тела они поддерживают за счет мышечных сокращений.
Теплокровные животные выбирают места для защиты от холода или жары. Характерны массовые скопления животных для поддержания тепла, сезонные миграции, умение создавать норы и зарываться в снег. В норе, вырытой под снегом, температура может быть выше на 15-18 оС, чем вокруг. Для многих животных северных широт характерны запасание корма, спячка и миграция.
Отклонение температуры от нормативных показателей приводит к необратимым последствиям для организма. Поведенческая адаптация характерна только для животных. Растения этот фактор не используют.
Разнообразие температурных условий на Земле
Вегетационный период растений зависит от того, в каком поясе они обитают. В тропическом поясе он длится круглый год, в умеренном – от весны до осени, в полярном поясе Северного полушария – до 2 месяцев.
На полюсе Северного полушария зимняя температура – 71,2 оС. В Южном полушарии наименьшая зафиксированная температура -89,2 оС. Самые жаркие места находятся в Африке, в районе экватора. Температура в тени достигает 58 оС, а почва прогревается до 70-80 оС. В пределах одного пояса проявляются различия температурных условий. Более темные почвы лучше прогреваются. Летом в лесу прохладнее, чем на открытой местности.
Каждый вид живых существ выбирает приемлемый температурный режим. Для одного и того же растения в разный период жизни требуется разное количество тепла.
Источник
К физическим метеорологическим факторам относятся температура воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, облачность, осадки, ветер. Не вдаваясь в детали, остановимся на общей характеристике этих параметров.
Температура воздуха определяется преимущественно солнечной радиацией, в связи с чем отмечаются периодические (суточные и сезонные) температурные колебания. Также могут наблюдаться внезапные (непериодические) изменения температуры, связанные с общими циркуляционными процессами атмосферы. В климатологии для характеристики термического режима пользуются величинами средних суточных месячных и годовых температур, а также максимальных и минимальных ее значений. Для определения температурных изменений служит величина, называемая междусуточной изменчивостью температуры (разность между средними суточными температурами двух соседних дней). Слабым похолоданием или потеплением считается изменение среднесуточной температуры на 1—2°С, умеренным — на 3—4°С, резким — более чем на 4°С (Федоров Г. П., Латышев Г. Д., 1989).
Неблагоприятное влияние на человека могут оказывать экстремальные (максимальные и минимальные) температуры, способствующие развитию ряда патологических состояний (переохлаждение, простуда, перегрев и т. д.), а также резкие внезапные колебания температуры, требующие значительного повышения компенсаторно-приспособительных механизмов организма.
Атмосферное давление измеряется в миллибарах (мб) в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), 1000 мб = 750,1 мм. рт. ст. В средних широтах на уровне моря давление воздуха составляет 760 мм рт. ст. По мере подъема давление снижается на 1 мм рт. ст. на каждые 11 м высоты. Слабым изменением давления считается понижение или его повышение на 4 мб, умеренным — на 5—8 мб, резким — более чем на 8 (Федоров Г. П., Латышев Г. Д., 1998).
Влажность воздуха принято характеризовать двумя величинами — упругостью пара (в мб) и относительной влажностью, т. е. процентным отношением упругости (парциальное давление) водяного пара в атмосфере к упругости насыщающего водяного пара при той же температуре. Летом упругость пара значительно выше, а дефицит насыщения меньше, чем зимой. В метеорологии обычно используют относительную влажность, так как ее изменение может непосредственно ощущаться человеком. Воздух считается сухим при влажности до 55 %, умеренно сухим — при 56—70 %, влажным — при 71—85 % и очень влажным (сырым) — выше 85 % (Бутьева И. В., 1988).
Влажность воздуха в сочетании с температурой может оказывать существенное влияние на организм. Наиболее благоприятными сочетаниями для организма являются условия, при которых относительная влажность равна 50 %, а температура — 16-18 °С.
При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению, тяжело переносится жара и усиливается действие холода. Холод и жара в сухом климате переносятся значительно легче, чем во влажном. Облачность образуется над земной поверхностью путем конденсации в воздухе водяных паров. Облачность измеряется по одиннадцатибалльной системе, согласно которой 0 соответствует полному отсутствию облаков, а 10—11 баллов — сплошной облачности. Погода считается ясной и малооблачной при 0—5 баллах нижней облачности, обычной — при 6—8 баллах и пасмурной — выше 8 баллов (Бутьева И.В., 1988).
Облачность оказывает влияние на световой режим и является причиной выпадения атмосферных осадков, которые резко нарушают суточную температуру и влажность. Именно эти два фактора, если они резко выражены, могут оказывать неблагоприятное влияние на организм при облачной погоде.
Ветер характеризуется направлением и скоростью. Направление ветра определяется с той стороной света, откуда он дует (север, юг, запад, восток). Сила ветра определяется по тринадцатибалльной шкале.
Медицинская реабилитация. / Под ред. В. М. Боголюбова. Книга I.
– М.: Бином, 2010. С. 51-52.
Источник