ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ"

ЧЕРНОВА Н.М.

Курс «Учителю биологии об основах экологии»

Учебный план курса

Лекция 3. Экологические адаптации

Факторы окружающей среды в совокупности определяют условия жизни видов. Среди них выделяют особую группу – ресурсы жизни. К ресурсам относят все те компоненты природы, которые непосредственно используются для поддержания жизнедеятельности и прохождения жизненного цикла: свет и элементы минерального питания для растений, вода, пищевые субстраты, места размножения для животных и т.п. Ресурсы убывают по мере их использования. Они могут восстанавливаться, но всегда имеют верхний «потолок», зависимый, в свою очередь, от природных условий.

Одни и те же компоненты среды могут играть роль и условий, и ресурсов для многих видов. К таким компонентам, например, относится вода. В сухих аридных районах она – важнейший ресурс, от которого зависит сама возможность жизни, а в водоемах, болотах и других переувлажненных местообитаниях – определяет условия существования, к которым необходимо вырабатывать соответствующие адаптации. Солнечный свет – самый необходимый ресурс жизни для растений, а для животных – это условие, при котором возможна и осуществляется зрительная ориентация в пространстве.

В истории человеческого общества сфера использования ресурсов природы постоянно расширялась. Потребности наших предков-собирателей ограничивались в основном ресурсами живой природы, необходимым для пропитаня. В пищу шли плоды и вегетативные части растений, моллюски, членистоногие, рыбы, мелкие млекопитающие, птицы, грибы и т.п. Научившись со временем эффективно охотиться на крупных животных, древние люди могли существенно уменьшать их численность в определенных районах. Охота и собирательство потребовали подвижного образа жизни и периодической смены территорий.

Минеральные ресурсы использовались первоначально в минимальном количестве, в основном для производства каменных орудий. С возникновением земледелия и переходом к оседлому образу жизни важным ресурсом стала почва, необходимая для посевов, и территории для пастбищ. Неумелое и слишком интенсивное использование почвы приводили к ее деградации, засолению и, в итоге, к резкому снижению ее плодородия, что изменяло судьбы целых народов. С этим связывают, например, падение древней шумерской цивилизации. Выплавление первых металлов, строительство глинобитных и каменных сооружений увеличило зависимость народов от минеральных ресурсов природы, а также от источников энергии. В качестве последних использовали сначала древесину, затем каменный уголь, нефть и другие горючие ископаемые, а затем – электричество, радиоактивные элементы и др. Современная цивилизация использует для материального и культурного потребления огромный спектр компонентов природы. Жизнь современного человечества требует колоссальных водных, земельных, энергетических, минеральных, биологических и других ресурсов. Вероятность исчерпания этих ресурсов определяет будущую судьбу человечества и является предметом политической заботы конкретных государств.

Практически неиссякаемой является солнечная энергия, поступающая на Землю. Существенное изменение интенсивности солнечной радиации, рассчитанное астрономами, относится к столь далекому будущему (миллиарды лет), что это не беспокоит современное человечество. Неиссякаемым ресурсом может быть энергия приливов и отливов, которые также определяются космическими причинами. Ее только начинают осваивать. Из земных неиссякаемых ресурсов можно с известной долей условности назвать атмосферу и воды Мирового океана, но их антропогенное загрязнение уже превращается в серьезную экологическую проблему. Остальные ресурсы имеют реальные, ощутимые пределы использования.

Ресурсы, за счет которых живет человеческое общество, мы делим на возобновимые и невозобновимые. К возобновимым относятся пресная вода, почвы, растительность, животный мир и все другие биологические объекты. Они возобновляются с разной скоростью, от нескольких лет (растения и животные) до сотен и тысяч лет (почвы), и могут поддерживать человеческое общество только при условии, что скорость их изъятия не превышает скорости самовосстановления. Невозобновимые ресурсы природы – это все полезные ископаемые, которые или не образуются вновь, или возрождаются, по меркам геологических измерений, со скоростью, не сопоставимой с их использованием. Рано или поздно их запасы будут исчерпаны. Следовательно, основная стратегия поддержания современной цивилизации – это соблюдение определенных пределов в использовании возобновимых и экономный расход невозобновимых природных ресурсов, с разработкой возможности их замены. Иначе человечество подорвет основы своего существования на Земле.

Уже сейчас многие невозобновимые ресурсы близятся к своему исчерпанию, а возобновимые находятся либо на грани истощения, либо даже уже за гранью. По расчетам ООН, одна треть человечества повседневно испытывают недостаток пресной воды. Ее мировое потребление за ХХ столетие выросло в 9 раз. За год используется около 10% стока всех рек, но большая часть пресных вод сильно загрязнена. Разведанных запасов угля при современном уровне потребления хватит на 160–600 лет, нефти – на 25–90, газа – на 40–130, урана – на 30–80 лет. Открываемые новые месторождения находятся в неудобных местах и добыча полезных ископаемых становится все дороже. Быстро иссякают запасы руд, из которых добывают металлы. Важнейших металлов может хватить на срок от 20 до 200 лет (по расчетам, алюминия – на 220, железа – на 160, меди – на 33, а свинца и цинка — всего на 18–20 лет), если сохранятся темпы их современного использования.

На пределе находятся производство и добыча пищевой продукции. С времени зарождения земледелия почвы Земли потеряли примерно треть своего плодородного слоя. Под сельскохозяйственные угодья занята сейчас вся пригодная для этого площадь суши (около 37%). Дальнейшее расширение пахотных земель идет за счет вырубки лесов, которые уже сведены на 1/3 планеты. Предел годового улова рыбы в океане уже достигнут (90 млн т ), и дальнейшее увеличение вылова грозит уничтожением промысловых видов. Печальным примером является китобойный промысел, быстро подорвавший численность практически всех видов китов в Мировом океане. Пик добычи мощных китобойных флотилий был достигнут в 1964 г. (убито 64 тыс. китов), и уже через 15 лет, в 1979 г., Международная комиссия по квотам наложила полный запрет на их добычу из-за угрозы окончательного уничтожения этих животных.

Рациональное, неистощительное, использование возобновимых ресурсов требует экологической грамотности общества и не может осуществляться при стихийной эксплуатации природы. Большинство видов в живой природе не достигает такой численности, которая грозила бы им полным подрывом необходимых ресурсов. Их жизнь протекает под постоянным влиянием различных факторов, меняющих силу воздействия и вынуждающих приспосабливаться к ним.

Экологические факторы разной природы (температура, свет, давление, концентрация солей, содержание кислорода и т.п.) по-разному влияют на организмы. Однако, в действии всех факторов существует нечто общее, вызывающее вполне закономерные ответные реакции, которые можно предвидеть и выразить количественно. Этим общим законам подчиняется и человек как существо биологическое.

Основная закономерность влияния экологических факторов на организмы получила название закона оптимума. Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно. Зона оптимума – это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение. Минимально и максимально переносимые значения фактора – это критические точки, за которыми организм гибнет.

Закон оптимума

Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов. В природе выделяются два крайних варианта – узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели – рыбы, иглокожие, ракообразные – не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °С. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Виды с узким диапазоном выносливости называют стенобионтами, а с широким – эврибионтами. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например, стенотермный вид – не переносящий колебания температур, эвригалинный – способный жить при широких колебаниях солености воды и т.п.

Степень выносливости по отношению к разным факторам может сильно различаться. Стенотермные виды могут жить в широких пределах изменения давления, но не температур. Так, многие рыбы легко меняют глубину обитания (а ведь давление при погружении на каждые 10 м возрастает на одну атмосферу), выбирая слои с оптимальной температурой. Наземные животные, особенно в районах с континентальным климатом, выдерживают значительные годовые и суточные колебания температуры, но чувствительны к перемене давления. Это создает огромное экологическое разнообразие: живые организмы способны заселять все уголки планеты с набором самых разных условий. Сумму экологических возможностей по отношению ко всему набору факторов среды называют экологическим спектром вида.

Правило экологической индивидуальности видов подчеркивает, что каждый вид уникален по своим приспособительным возможностям. Экологические спектры разных видов не совпадают. Даже близкие виды различаются по зонам оптимума, пессимума и положению критических точек в отношении хотя бы одного или нескольких факторов среды. Эти особенности позволяют им по-разному использовать ресурсы и распределяться в пространстве.

Правило экологической индивидуальности видов впервые (1924 г.) сформулировал отечественный геоботаник Л.Г. Раменский – на примере отношения луговых растений к влажности и содержанию гумуса в почве. Позднее оно было подтверждено многочисленными исследованиями. Это правило имеет большое практическое значение. Для того, чтобы использовать, охранять или контролировать какой-либо вид в природе, нужно очень хорошо знать его отличительные экологические свойства.

Закон оптимума свидетельствует, что в жизни любого вида нет целиком положительных или отрицательных факторов, все зависит от силы их проявления.

В пределах вида также существует значительная изменчивость в реакциях отдельных особей на силу действия фактора. Она зависит от половых, возрастных, физиологических и наследственных различий. Ранние стадии развития как растений, так и животных обычно более чувствительны к изменениям среды. Заморозки сильнее действуют на всходы, чем на взрослые растения. Покоящиеся стадии (семена, споры, яйца, куколки насекомых, зимоспящие животные и т.п.) более устойчивы к неблагоприятным факторам по сравнению с активными. В жизни человека проявление индивидуальных особенностей по отношению к факторам среды следует учитывать в первую очередь при заботе о здоровье.

В реакциях организмов на изменение условий реализуется также закон взаимодействия факторов. И оптимальная зона, и пределы выносливости организмов по отношению к любому фактору среды могут изменяться в зависимости от того, в каком сочетании и с какой силой действуют в это время другие факторы. Они могут взаимно усиливать или ослаблять влияние на организм. Так, все знают, что сильный мороз тяжелее переносить в ветреную погоду, а жару – при влажном воздухе. Ветер ускоряет увядание растений при дефиците влаги. Загрязнение воды тяжелыми металлами меняет устойчивость ряда беспозвоночных животных к колебаниям температуры.

Вся практика возделывания культурных растений и выращивания животных основана на грамотном использовании законов оптимума и взаимодействия факторов. Урожайность и продуктивность сортов и пород зависит от того, удается ли не допустить сильного отклонения условий от оптимальных, а тем более – приближения к критическим точкам. На этом же основана и прикладная медицина. Хотя действие отдельных неблагоприятных факторов можно смягчить усилением или ослаблением других, полностью заменить их нельзя. Нехватку тепла для растений не возместить ни поливом, ни круглосуточным освещением, не случайно растительность так скудна в арктических пустынях. Также нельзя ничем компенсировать полное отсутствие влаги. В жарких пустынях Земли есть немногие районы, где дожди не выпадают десятилетиями, и пески там практически стерильны.

Жизнь организмов подчиняется также закону (правилу) ограничивающих, или лимитирующих, факторов. Оно позволяет понять, какие из многочисленных и одновременно действующих факторов наиболее важны в данный момент, определяя выживание, рост и развитие организмов. Таким ограничивающим фактором может стать любой из них, если его значение сильно отклоняется от оптимума и приближается к критическим точкам. Поскольку факторы переменчивы, жизнь организмов в разные отрезки времени может определяться различными условиями среды. Засуха, заморозки, ливни, град, нехватка элементов питания могут попеременно ограничивать развитие сельскохозяйственных растений, и агрономы стараются свести к минимуму их отрицательные воздействия. Если хотя бы один из факторов среды при оптимальном сочетании остальных приближается к критическим точкам, организмам грозит гибель.

Лимитирующие факторы определяют и распространение видов, их ареалы. На границах ареалов условия существования, как правило, далеки от оптимума. Недостаток тепла препятствует продвижению многих видов на север. В тундрах не могут жить земноводные и рептилии. Распространение ряда копытных ограничивается высотой снежного покрова зимой, так как глубокий снег затрудняет их передвижение и добычу корма.

Правило лимитирующих факторов сначала было сформулировано в экологии как закон минимума. Немецкий химик Ю.Либих, изучавший в конце ХIХ в. влияние минеральных удобрений на растения, установил, что урожай зависит в первую очередь от тех элементов питания, которых в почве меньше всего по сравнению с необходимой нормой. Например, если калия в почве всего 20% от того, что требуется растениям, то и урожай, несмотря на достаточное количество азота, фосфора и других элементов, не поднимется выше 20% от возможного. Либих не рассматривал влияние на растения избытка удобрений. Лишь спустя несколько десятилетий, после многочисленных наблюдений и экспериментов, биологи установили, что избыток любого фактора, так же как и его недостаток, отрицательно влияет на жизнь организмов. Правило лимитирующих факторов имеет также еще одно название – закон толерантности Шелфорда, по имени американского зоолога, сформулировавшего его в начале ХХ в. (толерантность – выносливость). В частности, для растений избыток какого-либо элемента в почве нарушает условия всасывания почвенных растворов, что также снижает урожайность.

Закон оптимума и другие общие законы влияния экологических факторов на организмы пронизывают и всю нашу жизнь. В быту они проявляются в необходимости соблюдения меры в потреблении тех или иных веществ: пищи и отдельных ее компонентов, лекарственных препаратов, чистящих и дезинфицирующих химикатов, средств защиты от вредителей и т.п. Чувство меры во всем, включая поведение, высоко ценится в морали всех народов мира. Однако эти простые и интуитивно давно понимаемые законы часто грубо нарушаются в хозяйственной деятельности, что приводит к загрязнению среды и экологическим катастрофам. Избыток удобрений, вносимых в почву, – причина широко распространенной эвтрофикации (цветения) водоемов. Вынос фосфора и азота с полей в пресные водоемы вызывает бурное размножение бактерий и водорослей с последующим загниванием отмершей массы и созданием анаэробных условий. Избыток ядохимикатов, применяемых в борьбе с вредителями, в конечном счете через продукты питания и воду поступает в организм человека, подрывая здоровье. Все это – последствия деятельности самого человека, не соблюдающего количественные нормы воздействия на окружающую среду.

Адаптивные биологические ритмы – также являются важной экологической особенностью организмов. Большинство видов сталкивается с периодичностью изменений окружающей среды, ритмикой воздействия факторов. Эти внешние по отношению к организмам ритмы определяются геофизическими причинами, связанными с вращением Земли вокруг собственной оси, вокруг Солнца и вращением Луны вокруг Земли. Поэтому на планете происходит регулярная смена дня и ночи, времен года, приливов и отливов на побережьях морей и океанов, а также смена фаз Луны, наблюдаемой с Земли. Эта периодичность проявляется и в жизнедеятельности организмов, если она важна для выживания.

Ритмы жизнедеятельности, связанные с циклическими изменениями внешней среды, называют адаптивными, в отличие от других, чисто биологических ритмов, которые проявляются во всех без исключения процессах в организмах. Ритмы деления клеток, сердцебиения, дыхания, желудочной секреции – это внутренние биологические ритмы, поддерживающие жизнь. Адаптивные же ритмы – это те, которые приспосабливают организм к циклам внешних условий, например ритмика сна и бодрствования в течение суток, приуроченность периода размножения к определенному времени года, изменение поведения придонных животных во время приливов и отливов и т.п. Если виды в течение своей жизни не сталкиваются с периодичностью внешней среды, адаптивные ритмы у них не выражены. Так, обитатели глубин океана, пещер и других мест с постоянными условиями не проявляют суточной циклики, их активность имеет другой режим.

У растений суточные ритмы связаны не только с изменением интенсивности фотосинтеза, но и с состоянием тургора, ростовыми процессами и т.п. У животных суточный ритм проявляется прежде всего в смене периодов сна и бодрствования. В течение суток меняется также интенсивность многих физиологических процессов в организме, что сберегает энергию во время отдыха и мобилизует ее в период деятельности. Различают дневные, ночные и сумеречные виды. У некоторых видов изменения активности представляют прямую ответную реакцию на изменение освещенности. Ряд насекомых и грызунов ведет себя «по-ночному», например при наступлении солнечного затмения. Такие виды могут смещать свой суточный ритм в течение года. У других суточная ритмика затрагивает множество функций организма и закреплена наследственно. Такие виды сохраняют цикличность жизнедеятельности, даже если в эксперименте поместить их в условия постоянной освещенности или полной темноты. Периоды циклов в этом случае равны примерно 24 часам, но у разных индивидуумов отличаются на несколько минут, как у часов, которые слегка спешат или отстают. Поэтому такой свободнотекущий ритм, не получая корректирующих сигналов из внешней среды, постепенно смещается во времени, и через несколько суток уже не соответствует реальной смене дня и ночи. При восстановлении нормальных условий синхронность внутренней и внешней ритмики через некоторое время восстанавливается. Такие наследуемые, генетически закрепленные, внутренние ритмы называются циркадными (в дословном переводе – околосуточными). Организмы оказываются как бы запрограммированными на определенный режим деятельности в течение суток, а внешние факторы освещенности лишь слегка «подправляют» ход внутренних «биологических часов». Циркадные ритмы свойственны тем видам, для которых изменения условий жизни в течение суток имеют большое значение.

У человека циркадному ритму подвержено свыше 100 физиологических функций (ритм дыхания, сердечной деятельности, желез внутренней секреции, пищеварения, активности мозга, кровяного давления и др.). Сбои этих режимов или адаптация к иной ритмике дня и ночи представляют серьезную медицинскую проблему. С нею сталкиваются люди, работающие в ночную смену, под землей, в подводных и космических кораблях или быстро пересекающие часовые пояса. Перестройка циркадного ритма на новый режим происходит не сразу, для этого требуется от нескольких дней до двух недель, в зависимости от состояния здоровья и нервной системы человека.

Еще более важны для живых существ адаптивные ритмы, связанные с регулярной сменой сезонов года. Они требуют глубоких сдвигов в физиологии организмов, обеспечивающих переживание критических периодов. Это, например, осенний листопад и зимний покой растений, накопление жира, линька, спячка и дальние миграции животных, размножение в наиболее благоприятный сезон и т.п. Такие серьезные перестройки в физиологии требуют времени и должны начинаться заранее, чтобы организм был готов к наступлению соответствующих перемен. Поэтому в годовых ритмах животных и растений особую роль играет фотопериодизм – способность реагировать на изменение фотопериода, т.е. соотношение темного и светлого периодов суток. Фотопериод предоставляет точную информацию о приближении очередного времени года. Организмы реагируют не на освещенность и не на непосредственное изменение погодных условий (погода капризна и переменчива и может обмануть), а на изменение длины дня, как на сигнал, что надо готовиться к новому этапу годового цикла. Здесь мы встречаемся с сигнальной ролью фактора, который сам по себе мало значим для выживания, но несет необходимую информацию о предстоящих событиях. Поэтому растения начинают желтеть и сбрасывать листву (а это сложный и длительный физиологический процесс) еще до наступления холодов, а перелетные птицы тянутся на юг, даже если еще продолжается теплая и кормная осень.

Годовая циклика чаще всего глубоко запрограммирована, и перестроить ее трудно. Однако, в хозяйственной практике такая перестройка для некоторых видов удается. Например, имитируя «сокращение» длительности года изменением электрического освещения на зверофермах получают от пушных зверей три приплода за двухлетний период. Искусственное удлинение светового дня на птицефабриках стимулирует более раннее наступление периода яйценоскости у кур. В теплицах можно заставить растения раньше зацветать и плодоносить и т.п.

В наиболее сложной ритмической среде живут обитатели мелководий в приливно-отливной зоне. Здесь годовые и суточные циклы сочетаются с циклами приливов и отливов, наступающих дважды в сутки со сдвигом в 50 мин и поэтому приходящихся на разные часы. Эти виды реагируют на сигнальные факторы, готовясь к очередному отливу, в роли которых выступают слабые изменения электромагнитных полей, сопровождающие это явление.

Определенные фазы Луны также выполняют роль сигнальных факторов для ряда мелководных придонных беспозвоночных, например стимулируя у многощетинковых червей палоло массовый выброс половых продуктов. Для видов с наружным оплодотворение очень важна синхронность размножения, что и достигается реакцией на внешний сигнал.

Рассматривая влияние экологических факторов и соответствующие реакции разных видов, мы выделяем три основных пути адаптации к условиям среды. Первый их них – подчинение организма влиянию факторов с изменением интенсивности обмена веществ. Такой путь свойствен видам с переменными температурой тела (пойкилотермным), составом воды (пойкилогидрическим) и т.п. Подчинение среде экономит энергетические ресурсы организма, но ограничивает периоды его активности. Противоположный путь – активное сопротивление влиянию внешней среды. Он связан с поддержанием постоянной температуры тела, обводненности и других показателей внутренней среды и развитием способов поддержания постоянства жизнедеятельности (механизмов гомеостаза) в изменяющихся условиях. Таковы гомойотермные, гомойогидрические и т.п. виды. Третий путь адаптации свойствен в основном животным, способным к перемещению в пространстве. Это путь избегания неблагоприятных условий, активный выбор подходящих местообитаний – миграции, особые формы поведения (рытье нор, строительство гнезд и т.п.), помогающие уйти от отрицательного влияния факторов. Чаще всего в приспособлении видов к среде сочетаются элементы всех трех основных путей адаптаций.

Активная и скрытая жизнь – тоже проявление зависимости от экологических условий. При подчинении неблагоприятным факторам организмы замедляют вещественно-энергетический обмен и приобретают высокую степень устойчивости, которую не могли бы проявить в активном состоянии. Это важная адаптация, позволяющая выживать в экстремальных ситуациях. При глубоком подавлении обмена веществ организмы могут вообще не проявлять признаков жизни. У некоторых видов возможна даже полная остановка метаболических процессов – анабиоз, или «мнимая смерть». Способность к анабиозу и последующему восстановлению жизнедеятельности отмечена в экспериментах с мелкими организмами (в первую очередь обитающими в условиях резкого изменения условий влажности – в мелких пересыхающих водоемах, в слоевищах лишайников и т.д.) простейшими, коловратками, нематодами, а также со спорами растений и грибов, семенами и т.п.

Необходимое условие анабиоза – практически полное удаление воды из клеток, а условие возможности восстановления жизнедеятельности – сохранение неразрушенными внутриклеточных органелл и мембран. В таких клетках вода содержится в очень мелких многочисленных вакуолях. В состоянии анабиоза организмы сохраняют жизнеспособность неопределенно долгое время и при этом способны переносить невероятно низкие температуры (до –271 °С), сильное радиоактивное облучение, действие различных ядов и др. Споры бактерий из нижних слоев антарктического ледяного щита возвращались к жизни, пролежав там десятки, сотни тысяч, а возможно, и миллионы лет.

Большинство организмов не способно к полному анабиозу из-за сложности строения клеток и невозможности сохранить их структуру при полном обезвоживании. Однако замедление обмена веществ вплоть до глубокого покоя – очень широко распространенная адаптация, значительно расширяющая возможности выживания. Она получила название латентная, или скрытая, жизнь. Выделяют две формы скрытой жизни – гипобиоз и криптобиоз.

Гипобиоз – прямое замедление обмена веществ при действии неблагоприятного фактора с быстрым возвращением к активной жизни, если фактор перестает действовать. Таково, например, оцепенение насекомых при понижении дневной температуры; вмерзание в лед водных растений, личинок стрекоз или лягушек (если кристаллики льда образуются не в клетках, а только во внеклеточной жидкости, при оттаивании их жизнедеятельность восстанавливается). Если условия жизни благоприятны, гипобиоз не наступает, и организмы активны в течение всей жизни.

Криптобиоз составляет часть жизненного цикла организмов. Он генетически запрограммирован и приурочен к наступлению неблагоприятного времени года. Организмы готовятся к нему заранее и впадают в криптобиоз, даже если условия остаются постоянными. Таков, например, зимний покой растений. Листопадное дерево в определенный период сбросит листву, даже если выращивать его в теплице. К явлениям криптобиоза относятся спячка животных и различные проявления диапаузы – приостановки развития в яйцах, семенах, на разных этапах жизни насекомых, в эмбриональном развитии некоторых млекопитающих, которые приходятся на зимнее время или другие неблагоприятные, регулярно повторяющиеся периоды года. Из криптобиоза организм нельзя вывести сразу, простым изменением условий, нужно время, чтобы он начал реагировать на определенные сигнальные факторы.

Знание путей и возможностей адаптаций организмов используется при разработке биологических технологий. Например, явление анабиоза коренным образом изменило режим содержания культур микроорганизмов. Штаммы с интересующими человека свойствами раньше хранили в активном состоянии, что требовало постоянного их пересева и не давало гарантии сохранения свойств из-за постоянно возникающих мутаций. Теперь их держат при температурах, близких к абсолютному нулю, в состоянии анабиоза. Сходные технологии применяют для хранения клеток и тканей в медицинских целях, спермы ценных производителей при селекции животных, генетического материала видов, которым грозит вымирание, и т.п. Разработка любых биотехнологий требует глубокого знания адаптивных особенностей используемых видов.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1. Чем различаются понятия «условие» и «ресурс»?

2. Что относится к природным ресурсам жизни современного общества?

3. В чем суть закона оптимума и закона лимитирующих факторов? Как они соотносятся между собой?

4. Что называют адаптивными ритмами организмов?

5. Что такое латентная (скрытая) жизнь, каковы ее формы и экологическое значение для организмов?

Литература

1. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. Учебник для студентов педагогических вузов. – М.: Дрофа, 2004.

2. Шилов И.А. Экология. Учебник для биол. и мед. вузов. – М.: Высшая школа, 1997–2003.

3. Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986.

4. Горышина Т.К. Экология растений. — М.: Высшая школа, 1979.

Вопросы и задания контрольной работы № 1

1. Перечислите и кратко охарактеризуйте основные этапы развития экологии.

2. Как соотносятся между собой области знания «общая экология» и «социальная экология»?

3. Составьте список числа видов, с которыми вы были связаны вещественно-энергетическими отношениями, исходя из вашего меню за неделю, приема лекарственных препаратов и содержания домашних животных.

4. Рассчитайте теоретически возможное потомство от одной пары домашних кроликов за 2 года. Принять, что самка способна давать до 6 приплодов в год по 8 крольчат. Молодые самки могут начинать размножаться через 8 месяцев после рождения. Приведите расчеты.

5. Какие животные и растения вашей местности относятся к влаго- и сухолюбивым? Укажите для 3–4 из них адаптации, которыми они обладают.

6. Объясните, почему окончился неудачей эксперимент с акклиматизацией южно-американской ламы в горах Тянь-Шаня.

7. Какие экологические факторы наиболее важны в водной, а какие – в наземной среде обитания? Почему?

8. Что произойдет, если в тайге полностью уничтожить ядохимикатами гнус – комаров и мошек, сильно докучающих человеку?

9. Какие из видов природы вашей местности можно отнести к биологичским ресурсам человека?

10. Реален ли полный анабиоз у человека? Почему?