Ресурсы живых существ как экологические факторы

Ресурсы живых существ – это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов.

Классификация ресурсов

Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы – это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, становится жестким лимитирующим фактором.

Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором при использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В.Р. Вильямса, причем, каждый из ресурсов (СО₂, Н₂О, К, S, Р, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.

Взаимозаменяемые ресурсы – это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, но такая взаимозаменяемость не означает равноданность. Они могут быть одновременно взаимодополняющими и антагонистическими.

взаимодополняющие ресурсы – это, ресурсы при совместном потреблении которых в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.

Однако может быть и наоборот: при совместном потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если один ресурс содержит одно токсичное соединение, а второй – другое, то поедание обоих ресурсов неблагоприятнее сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.

Экологическое значение незаменимых ресурсов

В результате морфологических и физиологических адаптации возникает некое соответствие между организмом и средой, но оно еще не гарантирует выживание организма в этой среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях. Первое испытание – это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы. Единственным ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Лучистая энергия – это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а остальные (вода, углеюкислый газ, биогенные вещества) используется многократно, вовлекаемые в биологический круговорот веществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет ее распределение, где первейшую роль играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнечной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь – величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.

Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не достигать максимума. Максимальные же значения эффективного ис­пользования лучистой энергии у растений составляют 3-4,5 % у морских микроскопических водорослей, 1-3 % – в тропических лесах, 0,6-1,2 % – в лесах умеренного пояса и 0,6 % – в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы. Диоксид углерода так же незаменимый ресурс в фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает. Более того, избыток СО₂ может интенсифицировать фотосинтез даже при некоторой недостаточной освещенности, например, в нижних ярусах густого леса, где его содержание несколько повышенное.

Вода – это не только компонент фотосинтеза, но и незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. Для подавляющего большинства растений основным источником воды является почва. Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором из-за ограниченных ее количества в почве, но она может быть и лимитирующей при максимальном водонасыщении почвы. Большинство растений гибнет при подтоплении как вследствие отсутствия аэрации корневой системы, так и вслед­ствие отравления сероводородом, выделяемый анаэробными бактериями. Однако ряд высших растений с корневой системой в виде трубчатых корней, способны жить в этих почвах, так как по этой трубчатой системе осуществляется доступ воздуха к корневой системе.

Минеральные ресурсы – это извлекаемые растением из почвы биогенные микро- и микроэлементы. Без них рост растений, т. е. образование органических молекул, невозможен. Минеральные ресурсы добываются корневой системой растений, их доступность неразрывно связана с доступностью воды, а наличие и количественный состав зависят от содержания биогенных веществ в почве.

Кислород в наземных сообществах не является пока лимитирующим ресурсом, но растворимость в воде у него значительно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной среде кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех существ, кроме анаэробов, кислород – незаменимый ресурс.

Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую поверхность тела (ракообразные), либо обладать способностью к медленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо возвращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфины и др.).

Экологическое значение пищевых ресурсов

Пищевые ресурсы – это сами организмы. Автотрофные (фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для следующего потребителя.

Питательная ценность растений и животных различна. Важнейшее отличие растительной пищи в том, что растительные клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы, лигнина и других веществ, представляющих собой волокна, неусваемые многими животными – консументами. Но наличие этих стенок – основная причина высокого содержания углерода в растениях – потенциального источника больших количеств энергии. Эта энергия доступна лишь животным, обладающими целлюлозами, способными расщеплять целлюлозу и лигнин: некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др. Травоядным животным, для того чтобы переварить растительную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвачные животные), и птицы перетирают ее в своем мускулистом желудке. Плотоядным же (вообще жевать ничего не нужно, так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому этот корм можно и целиком заглотнуть. В пищеварительном тракте травоядных животных, рубце, поселяется микроорганизмы, обладающие способностью расщеплять целлюлозу и помогать им переварить растительный корм. Кроме того, при разложении растений многие микробы извлекают из них питательные вещества (азот и др.), а уже микробную клетку животному легче усвоить.

Различные ткани и органы растений отличаются по своей питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые и др.) специализируются на поедании мелких частей растения, обычно это семена, вегетативные почки и листья.

В отличие от растений состав тела различных фитофагов достаточно однообразен и ничем не отличается от такового плотоядных, т.е. мясо гусеницы, трески, земляных червей, креветок и оленя, по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и минеральных солей в одном грамме ничем не отличается. Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но их больше заботит, как добывать пищу.

Ограждение пищевых ресурсов

Любой организм стремится оградить себя от своего потребителя. Эти средства защиты есть и у растений и у животных. Они подразделяются на физические, химические, морфологические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители – наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем количестве, разрабатывая все более изощренные средства нападения, а «пожираемые» разрабатывают все более новые и новые средства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой, и эволюция каждого частично зависит от эволюции другого. Такие явления называют сопряженной эволюцией, или коэволюцией.

Таким образом, пищевой ресурс – любой потребленный компонент среды, который может быть отнят одним организмом у другого. Это способно вызвать внутривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной экологии.

Пространство как ресурс

Растения и животные конкурируют в занимаемом ими пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лимитирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка его ресурсов. Например, скальная поверхность может быть настолько плотно заселена мидиями, что другим моллюскам, потенциально способным еще прокормиться на этой площади, места уже не осталось. Ряд животных стремится к захвату определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом. Кроме того, потенциальными ресурсами для животных являются гнездовые участки и убежища.

Одним из примера возможного изменения климата является сокращения в Северо-Ледовитом океане площади льдов, что может отрицательно сказаться на численности белых медведей, использующие эти поверхности как для отдыха, так и для продолжения рода.

Контрольные вопросы

1. Что такое уровни биологической организации жизни? Какие из них являются объектами изучения экологии?

2. Что такое биогеоценоз и экосистема?

3. Как подразделяются организмы по характеру источника питания?

4. Что такое живой организм и чем он отличается от неживой природы?

5. Что такое дыхание и фотосинтез растений? Какое значение имеют метаболи­ческие процессы автотрофов для биоты Земли?

6. В чем суть биогенетического закона?

7. Что такое среда обитания организма? Понятия об экологических факторах.

8. Как называют совокупность факторов неорганической среды? Приведите на­именование и дайте определение этих факторов.

9. Как называют совокупность факторов живой органической среды?

10. Как называются экологические факторы, ограничивающие развитие организ­ма? Какое значение имеет свет для жизни на Земле?