Общие законы зависимости организмов от факторов среды
Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для разных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Икра лососей может развиваться только в интервале температур от 0 °С до +12 °С, а взрослые особи легко переносят колебания от –2 °С до +20 °С.
Как оптимум, так и границы устойчивости организмов можно в определенных пределах сдвинуть направленным влиянием внешних условий. Если, например, на цветковые растения кратковременно действовать высокими температурами, то их устойчивость повышается, возникает так называемая "тепловая закалка". Так и происходит в природе, когда наступлению сильной устойчивой жары предшествуют кратковременные подъемы температур в отдельные дни. Таким же образом аквариумных рыб можно постепенно приучить к жизни в более холодной или теплой воде.
Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, потребляют и тем самым уменьшают их количество для других. К ресурсам относят пищу, убежища, удобные места для размножения и т.п. Условия – это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них, обычно, не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет – жизненно необходимый энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обладающих зрением животных – условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.
Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах в 6 км – 140, а в поверхностных слоях океанов – многие тысячи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи обнаружили при концентрации солей 30 г/л 64 вида, при 100 г/л – 38 видов, при 160 г/л – 12 видов, а при 200 г/л – всего 1 вид.
Некоторые организмы живут при температурах тела ниже 0 °С, но только в том случае, если вода внутри клеток не замерзает, а находится в переохлажденном состоянии. Например, ряд рыб, обитающих у берегов Антарктиды или в морях Северного Ледовитого океана, имеет нормальную температуру тела до –1,7 °С (рис. 1). Обнаружены также бактерии, размножающиеся при температурах выше +100 °С. Это происходит при строго определенных условиях, возле горячих источников на дне океана. Из-за высокого давления вода при такой температуре не кипит.
Рис. 1. Сайка – холодолюбивая рыба северного Ледовитого океана
Озимая совка – вредитель зерновых и овощных культур, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут переносить морозы до –11 °С, а гусеницы младших возрастов не выдерживают охлаждения ниже -5 °С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 °С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура – фактор, ограничивающий распространение вида.
Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Немецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все другие условия благоприятны, но среди минеральных солей, необходимых растению, фосфора содержится только 50% от требуемого, а кальция – 20%, значит, урожай будет в 5 раз меньше возможного. Главный ограничитель в этих условиях – кальций. Внесем его в почву до нормы. Урожай поднимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь главный ограничитель – фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влияние недостаточных доз удобрений, его выводы получили название "правило минимума". Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нарушается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехнике все элементы питания даются растениям в строго оптимальной дозировке.