Концепция "окружающей среды" Я. Юкскюля положила начало экспериментальным исследованиям взаимоотношений животных того или иного вида со средой их обитания. Вместе с тем он проводил различие между "миром ощущений" и "миром действий".
Существует множество живых существ, в достаточной мере приспособленных к присущей им как виду окружающей среде, ибо сам факт их существования уже доказывает, что функциональный круг мира их ощущений и мира их действий, выполняя свою задачу, пока по крайней мере, препятствует вымиранию вида.
Функциональное единство адаптации организма и окружающей его среды связывает в одно целое внешний облик животных данного вида и образ их жизни. Некоторые экологи выражают то же самое другими словами, говоря о том, что каждый вид животных заселяет свою собственную "экологическую нишу", то есть что существует ровно столько экологических ниш, сколько различных видов животных. При этом выражение "ниша" следует понимать не как убежище, укрытие или место пребывания, а как синоним понятия "присущая ему окружающая среда". Такое выделение в функциональном круге вида двух явлений - окружающей среды и адаптации - весьма полезно в ходе научного исследования. Ведь окружающую среду можно постигать путем измерения характеристик внешнего мира и таким образом устанавливать сферу действия факторов, из которых каждый вид со свойственной ему адаптацией "вырезает" свою собственную среду обитания. Но саму эту адаптацию нужно изучать, исходя из животного, учитывая его анатомию, физиологию и поведение, для чего необходимо использовать как основание другие разделы биологической науки.
Для выявления и объяснения адаптации, выработанных теми или иными животными, населяющими различные местообитания, лучше всего исходить из факторов окружающей среды. Вопрос о присущей виду адаптации является самым подходящим ключом, открывающим дверь в экологию.
Эрнст Геккель, пропагандист учения Чарлза Дарвина, официально признанный основателем этой новой "науки о связях организма с окружающим внешним миром", в 1866 году дал определение экологии (от греческих слов oicos - дом и logos - наука), как "учения о балансе между организмом и средой", предметом которого являются связи живых существ как с неорганической, так и с органической природой. Это определение новой ветви науки о жизни так хорошо продумано, что и более чем столетие спустя оно все еще полностью сохраняет свое значение.
Однако при этом мы сразу же ощущаем, что выражение "баланс" имеет не только чисто биологический, но и более широкий смысл. Ведь энергетический баланс организмов включает также физические и химические факторы. Наконец, нельзя забывать о космических силах, и прежде всего о солнечной энергии. Поэтому экологи многих стран и в первую очередь немецкие ученые Август Пинеман и Карл Фридрихе, понимали эту науку в целом, как учение о "балансе природы".
Действительно, сегодня экологи знают, что лишь всеобъемлющее рассмотрение природных явлений и, кроме того, всех явлений, связанных с человеческой цивилизацией, может дать правильное представление об условиях существования живых существ в окружающей их среде.
экологический оптимум адаптация абиотический
Существует 2 основных способа адаптации особи к изменениям абиотических факторов:
1) поведенческие реакции;
2) физиологическая настройка организма.
Адаптивный комплекс (оптимальная композиция) - совокупность физиологических, поведенческих и экологических особенностей организма, способствующих его выживанию и размножению.
Существование адаптивного комплекса обусловлено экологической индивидуальностью особи - совокупностью ее специфических черт, заключающихся в сочетании наследственных и приобретенных свойств. Она складывается в процессе развития организма (онтогенез) и выражается в особенностях генотипа и фенотипа каждой особи.
Генотип - это совокупность наследственных признаков организма; фенотип - совокупность всех признаков и свойств особи, которые формируются в процессе взаимодействия ее генотипа с внешней средой.
Приспособление популяции к изменениям абиотических факторов происходит двумя путями:
1) изменение характера ее пространственного распределения;
2) путем адаптивной эволюции.
Виды и слагающие их популяции избирательно относятся к факторам среды, и поэтому они заселяют строго определенные места обитания с соответствующими экологическими условиями. Участок территории, занятый популяцией вида, и характеризующийся определенными экологическими условиями - стация. Каждый вид имеет свой набор стаций.
Свойство видов избирательно заселять те или иные стации - принцип стациальной верности. Этот принцип применяется только в условиях ограниченного пространства и времени.
Правило смены места обитания: виды способны закономерно изменять свои места обитания в широком диапазоне пространства и времени.
Правило смены ярусов: в разных зонах одни и те же виды занимают неодинаковые ярусы.
В пространстве правило смены места обитания выражается в зональной и вертикальной смене стаций и в зональной смене ярусов, а во времени - в сезонной и годичной смене стаций.
Зональная смена стаций: закономерно направленное изменение места обитания при переходе вида из одной природной зоны в другую.
Вертикальная смена стаций: аналогична зональной, но характерна для горных условий.
Зональная смена ярусов: проявляется в том, что многие виды при продвижении на север перемещаются из более высокого яруса в более низкий, а некоторые в сравнительно сухих зонах становятся обитателями почвы.
Сезонная смена стаций: происходит при изменениях микроклимата в течение одного сезона. Например, в сухом и жарком климате это проявляется в переселении некоторых степных и пустынных видов в период засухи на посевы культурных растений, на луга, под полог леса, где сохраняется достаточно высокая влажность и зеленый растительный покров. Такое поведение характерно для насекомых и грызунов.
Годичная смена стаций: происходит при отклонении погодных условий от среднегодовой нормы.
Приспособление популяции к изменениям абиотических факторов путем адаптивной эволюции включает в себя три составляющие:
1) преадаптация - процесс развития предшествующих адаптации особенностей, на основе которых формируется новое приспособление организма к окружающей его среде
2) адаптация
3) постадаптация - эволюционные изменения организмов, которые совершенствуют уже существующую у них адаптацию к освоенной среде обитания.
Растения, в зависимости от условий обитания, адаптируются к тени - теневыносливые растения или, напротив, к солнцу - светолюбивые растения (к примеру, хлебные злаки). Однако сильное яркое солнце (яркость выше оптимальной) подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получить высокий урожай культур, богатый белком. В умеренных зонах (выше и ниже экватора) цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года: подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала - изменения длины дня, которая в определенное время года в данном месте всегда одинакова. В результате этого сигнала включаются физиологические процессы, приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношения летом и сбрасывания листьев осенью; у животных - к линьке, накоплению жира, миграции, размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых. Изменение длины дня животные воспринимают с помощью органов зрения. А растения - с помощью специальных пигментов, расположенных в листьях растений. Раздражения воспринимаются с помощью рецепторов, вследствие чего происходит ряд биохимических реакций (активация ферментов или выделение гормонов), а затем проявляются физиологические или поведенческие реакции.
Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана не просто на количестве получаемого света, а на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Организмы способны измерять время, т.е. обладают "биологическими часами" - от одноклеточных до человека. "Биологические часы" - также управляются сезонными циклами и другими биологическими явлениями. "Биологические часы" определяют суточный ритм активности как целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.
Пойкилотермные организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главным источником поступления тепловой энергии у пойкилотермных животных - внешнее тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.
У ряда холоднокровных животных температура тела может меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).