Основи загальної біології

 

12.1 Навколишнє середовище

 

До навколишнього середовища відносяться ті елементи середовища, з якими даний організм вступає в прямі або непрямі відносини. За характером цих відносин навколишнє середовище можна розділити на різні «шари».

A. Сприймане, інформативне середовище. Це специфічний для даного виду «фільтрат» навколишнього світу. Людина не бачить ультрафіолетове світло, а бджола червоний. Ультразвукові локаційні крики кажанів не сприймаються людиною, а нічні метелики прекрасно їх чують.

Б. Мінімальне середовище охоплює безпосередньо необхідні для життя енергетичні й матеріальні ресурси навколишнього світу (світло, їжа, життєвий простір і т.д.) незалежно від того, чи всі властивості цих ресурсів сприймаються організмом. Наприклад, істотно важлива якість їжі – її калорійність – не сприймається органами почуттів.

B. До фізіологічного середовища відносяться крім зазначених вище й інші, не необхідні для життя, але всетаки діючі фактори, як правило, значною мірою обумовлюючи оптимальну щільність популяцій й ареали: конкуренти, вороги, паразити, збудники хвороб, несприятливі крайні температури, осмотичний тиск і т.д.

Г. Екологічне середовище включає ще й ті фактори, що діють непрямим чином, впливаючи на мінімальні й фізіологічні фактори. Наприклад, для хижака вигідно, якщо гарне пасовище підвищує щільність популяції його жертв, і невигідно, якщо популяція скорочується через епізоотію або недостачу їжі.

В остаточному підсумку, всі організми й фактори середовища на Землі перебувають у тісному або віддаленому зв'язку між собою. Але тому, що земна поверхня диференційована, виникли більшменш розмежовані комплекси таких взаємин. Певні групи організмів так зв'язані потоками енергії й речовини, що утворюють досить стабільні у часі й просторі надорганізмові утворення – біоми: ліси, степи, тундри й т.д. Для такого роду екосистем часто характерні певні комбінації видів (співтовариства організмів, біоценози), а також певні комплекси абіотичних факторів середовища.

Безпосереднє оточення організму характеризується з екологічної точки зору пануючими там абіотичними й біотичними факторами. Узяті в сукупності, вони утворюють місцеперебування організму, його «екологічну адресу». Порівняння різних даних про місцеперебування якогонебудь виду дозволяє зробити висновки про фактори, що відносяться до екологічного середовища даного виду й тим самим більшменш тісно прив'язують його до цих місцеперебувань. 

 

12.2 Умови середовища

 

12.2.1 Загальні геофізичні умови в біосфері

До загальних умов існування живих організмів відносяться наявність рідкої води, ряду хімічних елементів (так званих біогенних) і надходження променистої енергії в діапазоні температур від –50 до +500С. Тому життя можливе тільки в тонкому (і навіть не скрізь безперервному) шарі між земною корою й атмосферою – у біосфері (рис 12.1).

 

 

 

Рис. 12.1 Оболонки Землі

 

На висотах більше 6000 м та в сухих областях тривалий час здатні виживати тільки спочиваючі стадії (наприклад, спори); у темних глибинах вод і під землею можуть жити лише спеціалізовані консументи й деструєнти, що використовують біомасу, вироблену в освітленій зоні, або біомасу хемосинтезуючих бактерій. В океані освітлена зона рідко заходить глибше 100 м, а в швидкоплинних водах обмежена лише декількома сантиметрами. Хоча біомаса становить по вазі не більше 0,1% земної кори, у неї входять практично всі елементи. Концентрація макроелементів (С, Н, О, N, S, P, Ca, Mg, К, Na, Fe, CI) у біомасі перевищує їхню концентрацію в земній корі, а мікроелементи (наприклад, Al, Zn, Mn, Cu, Si, Br, I, As) виявляються в біомасі звичайно лише в слідових кількостях.

В енергетичному відношенні життя в біосфері підтримується постійним припливом променистої енергії від Сонця й використанням її в процесах фотосинтезу. Цей процес спрямований проти градієнта ентропії, тобто в живих організмах ентропія (що нібито протирічить другому закону термодинаміки) зменшується, але це відбувається за рахунок прискореного збільшення ентропії в навколишньому середовищі.

Продуценти (рослини, синьозелені водорості, деякі бактерії) здійснюють фотосинтез, при якому відбуваються ендергонічні процеси утворення молекул, збагачених енергією (таких як вуглеводи або білки). Енергія світла перетворюється при цьому в хімічну енергію синтезованих молекул, а пізніше передається гетеротрофним консументам (насамперед тваринам). Зрештою, не витрачена на дихання частина біомаси розкладається деструєнтами, також гетеротрофними (бактерії, гриби й ін.). У підсумку вся біомаса – іноді після тривалої фосилізації – при екзергонічному розпаді вивільняє всю енергію, що міститься в ній. Таким чином, екосистеми, хоча енергія в них на якийсь час затримується, являють собою енергетично відкриті системи. Енергія, що вивільнюється, втрачається для системи (принцип ентропії!), а хімічні елементи можуть використовуватися знову в кругообігу речовин.

Практично всі речовини земної кори з різною швидкістю й у різних кількостях проходять через організми. Існують біогеохімічні кругообіги газового типу з дуже протяжними в просторі й дуже рухливими резервуарами в атмосфері або океанах (цикли О2, СО2, Н2О, N2) (рис. 12.2, 12.3) і кругообіги осадового типу з менш протяжними резервуарами в земній корі (Fe, P, Са).

Крім світла, необхідного для фотосинтезу, вирішальні елементи клімату, особливо для продуцентів, – це температура й вологість. Потік енергії, від якого залежать ці елементи, змінюється від місця до