При первом типе биологического повреждения тяжелая ионизирующая частица (например, a-частица), проходя через ядро клетки, разорвет обе нити ДНК с большей вероятностью, чем легкая частица (b-частица), производящая слабую ионизацию. Однако для второго, косвенного типа воздействия картина представляется обратной. Легкие частицы, создавая при прохождении через клетку низкую локальную концентрацию свободных ион-радикалов или радикалов, более опасны, чем тяжелые частицы. Дело здесь в том, что, чем меньше концентрация радикалов на определенном участке пути, пройденном ионизирующей частицей, тем меньше между радикалами происходит реакций рекомбинации и более длинен путь блужданий самого радикала, а значит, тем вероятнее радикал поразит важную клеточную структуру (например, ДНК или мембрану).
Степень выносливости различных организмов, а также клеток и тканей к действию ионизирующего излучения называют радиочувствительностью. Мерой ее служит значение дозы облучения, вызывающей гибель 50% организмов или клеток, - ЛД50, которая измеряется в бэрах (бэр). Один бэр - внесистемная единица эквивалентной дозы излучения, равная энергии излучения 100 эрг, поглощенной массой в 1 г с учетом коэффициента качества излучения (1бэр= 0,01 Дж/кг).
Радиочувствительность у различных биологических объектов сильно отличается (табл. 6). Например, доза 200 бэр вызывает гибель зародышей некоторых насекомых на стадии дробления, доза 500 бэр приводит к стерильности некоторых видов насекомых, доза 1000 бэр абсолютно смертельна для млекопитающих. Как показывают данные большей части исследований, наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки.
Таблица 6
Радиочувствительность различных биологических объектов
| Биологический объект | ЛД50, бэр |
| Клетки млекопитающих | 200¸350 |
| Бактерии | 10000¸45000 |
| Дрожжи | 30 000 |
| Инфузории и амебы | 300000¸500000 |
| Взрослые насекомые | 30000¸50000 |
| Мыши и человек | 350¸700 |
| Семена некоторых растений | 100000 |
Воздействие малых доз радиации оценить сложнее, так как они могут вызвать отдаленные генетические и соматические последствия. Например облучение сосны дозой 1 бэр в сутки на протяжении 10 лет вызвало замедление скорости роста, аналогичное однократной дозе 60 бэр. Повышение уровня излучения в среде над фоновым приводит к повышению частоты вредных мутаций.
У высших растений чувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеру клеточного ядра, а точнее объему хромосом или содержанию ДНК.
У высших животных не обнаружено такой простой зависимости между чувствительностью и строением клеток; для них более важное значение имеет чувствительность отдельных систем органов. Так, млекопитающие очень чувствительны даже к низким дозам радиации вследствие легкой повреждаемости облучением быстро делящейся кроветворной ткани костного мозга. Даже очень низкие уровни хронически действующего ионизирующего излучения могут вызвать в костях и в других чувствительных тканях рост опухолевых клеток, что может проявиться лишь через много лет после облучения.
Для абиотических факторов справедливы все ранее рассмотренные законы воздействия экологических факторов на живые организмы. Знание этих законов позволяет ответить на вопрос: почему в разных регионах планеты сформировались разные экосистемы? Основная причина - своеобразие абиотических условий каждого региона. Популяции концентрируются на определенной территории и не могут быть распространены повсюду с одинаковой плотностью, поскольку имеют ограниченный диапазон толерантности по отношению к факторам окружающей среды и, следовательно, для каждого сочетания абиотических факторов характерны свои виды живых организмов. Множество вариантов сочетаний абиотических факторов и приспособленных к ним видов живых организмов обуславливают разнообразие экосистем на планете.
Биотические отношения и роли видов в экосистеме.
1. Формы биотических отношений.
2. Понятие “экологическая ниша”.
Ареалы распространения и численность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешней неживой среды, но и их отношениями с организмами других видов. Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду, а факторы этой среды называются биотическими. Представители каждого вида способны существовать в таком окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные условия жизни.
Выделяют различные формы биотических отношений. Если обозначить положительные результаты отношений для организма знаком “+”, отрицательные результаты знаком “-”, а отсутствие результатов через “0”, то встречающиеся в природе типы взаимоотношений между живыми организмами можно представить в виде таблицы 7.
Таблица 7.
Формы биотических отношений
| Тип взаимодействия | Результат взаимодействия для вида | Общий характер взаимодействия | |
| А | В | ||
| 1. Конкуренция | - | - | Взаимное подавление обоих видов |
| 2. Хищничество | + | - | Взаимодействие благоприятно для популяции хищника А и неблагоприятно для популяции жертвы В. Популяция хищника обычно больше, чем популяция добычи |
| 3. Паразитизм | + | - | Взаимодействие благоприятно для популяции паразита А и неблагоприятно для популяции хозяина В. Популяция паразита обычно меньше, чем популяция хозяина |
| 4. Аменсализм | - | 0 | Популяция В подавляет популяцию А, но сама не получает пользы от воздействия и не испытывает отрицательного влияния |
| 5. Комменсализм | + | 0 | Популяция комменсала А получает пользу от объединения, популяции В это объединение безразлично |
| 6. Симбиоз | + | + | Взаимодействие, благоприятное для популяций А и В |
| 7. Нейтрализм | 0 | 0 | Ни одна популяция не влияет на другую |
Эта схематичная классификация дает общее представление о разнообразии биотических отношений. Рассмотрим характерные особенности отношений различных типов.
Конкуренция является в природе наиболее всеохватывающим типом отношений, при котором две популяции или две особи в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно.
Конкуренция может быть внутривидовой и межвидовой. Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренция имеет место между особями разных видов. Конкурентное взаимодействие может касаться жизненного пространства, пищи или биогенных элементов, света, места укрытия и многих других жизненно важных факторов. Преимущества в конкурентной борьбе достигаются видами различными способами. При одинаковом доступе к ресурсу общего пользования один вид может иметь преимущество перед другим за счет более интенсивного размножения, потребления большего количества пищи или солнечной энергии, способности лучше защитить себя, адаптироваться к более широкому диапазону температур, освещенности или концентрации определенных вредных веществ.
Межвидовая конкуренция, независимо от того, что лежит в ее основе, может привести либо к установлению равновесия между двумя видами, при котором ни один из видов не будет развиваться столь же успешно, как в отсутствии конкурента, либо к замене популяции одного вида популяцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место или же заставит его перейти на использование иной пищи. Установлено, что два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могут сосуществовать в одном месте и рано или поздно одинконкурент вытесняет другого. Это так называемый принцип исключения илипринцип Гаузе.
Популяции некоторых видов живых организмов избегают или снижают конкуренцию переселением в другой регион с приемлемыми для себя условиями, либо переходом на более труднодоступную или трудноусваиваемую пищу, либо сменой времени или места добычи корма, так, например, ястребы питаются днем, совы - ночью; львы охотятся на более крупных животных, а леопарды - на более мелких; для тропических лесов характерна сложившаяся стратификация животных и птиц по ярусам.
Из принципа Гаузе следует, что каждый вид в природе занимает определенное своеобразное место. Оно определяется положением вида в пространстве, выполняемыми им функциями в сообществе и его отношением к абиотическим условиям существования. Это место, занимаемое видом или организмом в экосистеме, называетсяэкологической нишей. Образно говоря, если местообитание - это как бы адрес организмов данного вида, то экологическая ниша - это профессия, роль организма в месте его обитания.
Вид занимает свою экологическую нишу, чтобы выполнять отвоеванную им у других видов функцию только ему присущим способом, осваивая, таким образом среду обитания и в то же время формируя ее. Природа очень экономна: даже два вида, занимающих одну и ту же экологическую нишу, не могут устойчиво существовать: в конкурентной борьбе один вид вытеснит другой.
Экологическая ниша как функциональное место вида в системе жизни не может долго пустовать - об этом говорит правило обязательного заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Экологическая ниша, как функциональное место вида в экосистеме позволяет форме, способной выработать новые приспособления, заполнить эту нишу, однако иногда это требует значительного времени. Нередко кажущиеся специалисту пустующие экологические ниши - лишь обман. Поэтому человек должен быть предельно осторожен с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации. Акклиматизация - это комплекс мероприятий по вселению вида в новые места обитания, проводимый в целях обогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами. Расцвет акклиматизаторства пришелся на двадцатые - сороковые годы нашего столетия. Однако, по прошествии времени стало очевидно, что либо опыты акклиматизации видов были безуспешны, либо, что хуже, принесли весьма негативные плоды - виды стали вредителями или распространяли опасные заболевания. Иначе и не могло быть: помещенные в чужую экосистему с фактически занятой экологической нишей новые виды вытесняли тех, кто уже выполнял аналогичную работу. Новые виды не соответствовали нуждам экосистемы, иногда не имели врагов и поэтому могли бурно размножаться.