Влияние факторов внешней среды на онтогенез

Любой организм подвержен действию внешних факторов, то есть действию факторов среды, в которой он обитает. Организм не может существовать вне среды. Организм и среда его обитания взаимосвязаны и оказывают определенное влияние друг на друга. Изучением данного взаимовлияния занимается экология.

С точки зрения экологии, среда обитания – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д.

Элемент среды, который оказывает какое-либо действие на организм на любом из этапов онтогенеза, называется экологическим фактором среды. Факторы по своей природе делят на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические – это факторы неживой природы. К ним относятся климатические и местные факторы. Климатические факторы – это солнечный свет, температура воздуха, влажность. К местным факторам относят рельеф, свойства почвы, радиации и другие факторы.

Биотические факторы – это взаимовлияние организмов друг на друга. Различают факторы фитогенные (влияние растений); микогенные (влияние грибов); зоогенные (влияние животных); микробиогенные (влияние микроорганизмов).

Антропогенный фактор – любая деятельность человека, которая приводит к изменениям условий обитания живых организмов. В последнее время действие именно антропогенных факторов сильно влияет на жизнь других живых существ. Человек проводит мелиорацию, вносит большие дозы удобрений, пестицидов, строит большое количество заводов, использует машины и т.д. Все это не может не отразиться на других живых организмах.

Организмы по-разному испытывают влияние экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется.

Существует значение фактора, при котором жизненные процессы организма протекают наиболее благоприятно. Это так называемое оптимальное значение, или оптимум. При отклонении значения фактора от точки оптимума организм начинает чувствовать себя угнетенно. При достижении фактором определенных значений (максимального или минимального) организм попадает в критическое положение. Если влияние фактора выходит за границы точек максимума или минимума, то организм погибает.

Границы действия какого-либо экологического фактора, в пределах которых возможно существование организма, называются пределами выносливости. Например, предел выносливости пшеницы находится в рамках температур от 0 до 42оС, у колорадского жука — от 12 до 33оС.

Фактор, который в совокупном давлении среды сильнее всего действует на жизнь организма, называется ограничивающим. Так, в водной среде ограничивающим фактором является кислород. Наземные животные и растения больше всего реагируют на температурные колебания.

Знание ограничивающих факторов находит практическое применение в огородничестве, садоводстве и т. д.

Земля вращается вокруг своей оси, в результате чего происходит смена дня и ночи. Земля вращается вокруг Солнца – так происходит смена пор года. Из-за разных циклов Луны происходят приливы и отливы. То есть существуют некоторые периодические факторы, которые влияют на жизнь организмов.

Периодические колебания силы и характера биологических процессов называются биоритмами. Поддержание биоритмов происходит за счет особого внутреннего механизма, который называют биологическими часами.

Наиболее яркие ритмы организмов — суточные и сезонные.

Суточные ритмы характеризуются сменой активности и покоя организма в течение суток. Часть животных ведет активный дневной образ жизни, а некоторые ночной.

Растения сильно зависят от смены температуры в течение суток. Например, огурцы хорошо растут, если ночью температура на 5-7о С ниже, чем днем. Значительное похолодание в ночные часы неблагоприятно сказываются на развитии и плодоношении этих растений.

Человек также подвержен суточным ритмам. Например, в первой половине дня печень выделяет большое количество желчи, которая способствует расщеплению жиров. Во второй половине дня – накапливает гликоген и воду, что говорит о потребности организма в углеводах.

Урок длится 45 минут, потому что именно такое время ученик может концентрировать внимание. Самые сложные предметы ставят на середину учебного дня: именно в это время у человека наблюдается максимальный пик работоспособности.

Очень важен сон – периодическое выключение организма из активной деятельности, при котором организм получает полноценный отдых.

Наличие биоритмов говорит о том, что важно соблюдать определенный режим дня для поддержания организма в тонусе.

Сезонные ритмы связаны со сменой пор года. Они наиболее ярко выражены у организмов, которые обитают в условиях ярких изменений в течение года.

Приближение того или иного сезона организмы предчувствуют из-за изменения длины светового дня, который сопровождается годовым изменением температуры.

Фотопериодизм — реакция живых организмов на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между темным и светлым временем суток.

Фотопериодизм контролирует переход растений от вегетативного роста к зацветанию. Эта адаптации растений к условиям существования. Она позволяет им переходить к цветению и плодоношению в наиболее благоприятное время года.

Среди растений выделяют длиннодневные, которые зацветают при непрерывной суточной освещенности более 12 часов, как например рожь, морковь, лук, а также короткодневные, которые зацветают при непрерывной суточной освещенности менее 12 часов, как хризантемы, георгины, астры, капуста. В умеренных широтах короткие дни весной, а длинные — в середине лета. Поэтому короткодневные растения цветут весной и осенью, а длиннодневные — летом.

Реакция на длину светового дня у животных регулирует начало брачного периода, линьки, зимней спячки, миграции и т.д.

Организмы живут в постоянно меняющихся условиях среды, поэтому их существование возможно только благодаря сложным адаптивным программам. Способность к адаптациям – одно из главных свойств живого.

Адаптация – процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к факторам среды. Адаптивным является любой признак, который повышает выживаемость особи и вида в целом.

Адаптации могут возникнуть на любом из уровней организации живого организма. Так, на клеточном уровне происходят изменения в обмене веществ, росте, развитии или размножении клетки. Но трансформации возможны на тканевом, органном, системном, организменном уровням.

На уровне организма различают следующие виды адаптаций.

Поведенческие, или этологические адаптации – это любые поведенческие реакции, которые направлены на выживание отдельных особей и видов в целом. Они проявляются в поиске питания, брачных ритуалах, заботе о потомстве и т.д.

Анатомо-морфологические адаптации проявляются в особенности строения и формы тела, связанны с образом жизни конкретного организма. Примерами таких адаптаций являются обтекаемая форма тела рыб, длинная шея жирафа, колючки кактусов и др.

Физиологические адаптации обеспечивают функциональные преимущества организма, которые направлены на приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды. Запас большого количества воды в вегетативных органах пустынных растений, усиленное потоотделение при повышении температуры тела у некоторых животных – примеры физиологических адаптаций.

Биохимические адаптации обеспечивают оптимальное течение биохимических реакций в клетке. Например, синтез нужных веществ в определенных условиях, смена работы ферментов, выработка определенных гормонов и т.д.

Стратегии адаптаций определяют скорость приспособления организма к изменяющимся условиям. Генетическая стратегия – это изменение генетической информации, которое ведет к появлению новых признаков. Такая адаптация требует длительного времени. Акклимационная стратегия возникает как ответ на действие одного или нескольких факторов среды. Она происходит на протяжении от нескольких часов до нескольких месяцев. Мгновенная стратегия – это первичная защитная реакция организма. Она длится несколько минут.