Экологические законы и правила

Объектом изучения экологии является взаимодействие организмов внутри экосистемы. Данные взаимодействия строятся не случайно— все они направлены на поддержания равновесия в обмене энергией, поэтому подчиняются определенным правилам.

Количество живого вещества (биомассы) для определенного временного периода — константа. Изменение биомассы в любом регионе неминуемо приведёт к такому же изменению, но в противоположную сторону в других местах. Т.е. увеличение биомассы на конкретном участке планеты повлечёт за собой уменьшение количества живого вещества на других участках, закон действует и в обратном направлении.

Система обладает свойствами, которые не свойственны отдельным ее частям.

Функционирование экосистемы обусловлено ее целостностью, связями, образованными между её составляющими.

Компоненты экосистемы в отсутствие связей не могут проявлять тех же свойств, что и в контексте взаимодействий друг с другом.

Отчасти из этого закона следует следующее положение:

Живые объекты находятся в процессе постоянного обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Без этого жизнь невозможна.

Все эти законы отражают в себе единство компонентов экосистемы, её целостность.

Однако существуют законы, характеризующие обмен энергией между частями экосистемы.

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит 10% энергии, переход в обратную сторону ещё менее выгоден энергетически, уровень получит не больше 0,25% энергии, поэтому есть смысл говорить об однонаправленности этого процесса.

Пример: если продуценты получат 1000 кДж энергии, то консументы первого порядка— 100 кДж, второго— 10 кДж.

Это одна из причин, по которой трофические цепи редко бывают длиннее 4-5 звеньев— слишком много энергии теряется при переходе с одного уровня на другой.

При переходе на более высокий трофический уровень накопление ряда веществ и их концентрация пропорционально увеличиваются.

Данное правило обуславливает опасность (для человека в том числе) выброса в окружающую среду тяжелых металлов, радиоактивных и токсичных веществ— они могут накапливаться и концентрироваться в организмах, причиняя колоссальный вред представителям высших трофических уровней, в т.ч. человеку.

В более разнообразных условиях биотопа может существовать больше видов.

Это связано с наличием множества экологических ниш в таких биотопах, а любая «вакансия» в экосистеме всегда заполняется.

Это создаёт условия конкуренции, о которой речь пойдет далее.

Два вида не могут занимать одну экологическую нишу, имея одинаковые потребности. В борьбе за ограниченные ресурсы один из видов вытесняет другой.

Пример: Г. Ф. Гаузе проводил эксперименты по выращиванию смешанных культур инфузорий. Он выяснил, что при сходных потребностях один из видов инфузорий подавляет развитие другого.

Скорость размножения популяции должна быть скоррелирована с количеством пищевых ресурсов в среде обитания. Если правило нарушается, то популяция вымирает или рост размножения снижается.

Все виды, существующие в экосистеме, необходимы друг другу для сохранения всех существующих экологических связей. Они приспособлены к совместному существованию и образуют единое целое— экосистему.

Благополучие видов ограничено не только экологическим минимумом, но и максимумом. Недостаток или избыток любого из факторов (тепло, свет, вода) может негативно сказаться на жизнедеятельности организмов. Диапазон между двумя величинами каждого из факторов составляет пределы толерантности, в которых организм может комфортно существовать. Из этого закона вытекает следующий:

Для воздействия любого экологического фактора на живые организмы характерен определенный оптимум. Это тот диапазон воздействия, при котором организм может существовать наиболее комфортно, его жизнедеятельность никак не ограничена этим фактором.

На рисунке представлена модель, бочка Либиха, иллюстрирующая закон минимума -лимитирующим является тот фактор, что находится в минимуме.

Выносливость организма определяется именно самым слабым звеном в его потребностях (поэтому так точна метафора бочки: воду можно набрать лишь до уровня самой низкой доски). Наиболее отклоняющийся от оптимального значения фактор— ограничивающий (лимитирующий), от него напрямую зависит выживание организма.

Существуют также правила, характеризующийся приспособления некоторых организмов к занимаемым ими экологическим нишам.

Животные, обитающие в областях с пониженной температурой, зачастую имеют более крупные размеры тела.

Это связано с тем, что теплопродукция (тепло, производимое телом) растёт при увеличении объема тела, а теплоотдача (тепло, которое тело теряет) прямо пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением размеров тела отношение площади поверхности к объёму уменьшается, то есть начинает производиться больше тепла, чем выделяться. Это выгодно в холодном климате.

Примером могут служить белые медведи, моржи, обитающие в холодном климате и обладающие крупными размерами тела.