Экология: биология взаимодействия. 5.09. «Взаимодействие факторов» и ниша по Хатчинсону

 

5.08. Термины, описывающие толерантность организмов

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 5. Аутэкология и основы средоведения

5.10. Концепция стресса по Селье

5.09. «Взаимодействие факторов» и ниша по Хатчинсону

Как мы указывали, экологическая среда — единое целое, и на любой организм одновременно действует вся совокупность факторов. Сходным образом и реакция организма на среду представляет собой единое целое. Естественно, в реакции организма можно выделить более важные и менее важные составные части. Например, человек, который мерзнет, значительную часть своей энергии будет тратить на разогрев своего тела (дрожать, интенсивно двигаться, искать теплое место), а голодный человек будет стремиться добыть пищу. Тот из факторов, который на данный момент окажется самым неблагоприятным, вызовет наиболее отчетливую реакцию организма.

А если человек одновременно испытывает и холод, и недостаток пищи? Ему будет намного труднее бороться с каждым из этих факторов! При наличии достаточного количества высококалорийной пищи проще противостоять холоду; мерзнущий человек намного быстрее обессилеет от голода, чем тот, который находится в комфортных температурных условиях. Значит, реакции организма на эти два фактора влияют друг на друга. Говорят, что в этом случае наблюдается взаимодействие двух факторов.

Обратите внимание: в рассмотренном примере речь шла не о взаимодействии двух факторов в их физическом смысле, а о взаимодействии реакций организма на их влияние. На уровне языковых конструкций мы еще раз подтверждаем, что для экологии важны не факторы сами по себе, вне связи с организмом, а их действие на то существо, с «точки зрения» которого мы оцениваем экологическую среду.

Знаете ли вы, что в сауне (финской бане) с сухим воздухом человек с легкостью выдерживает более высокую температуру, чем в русской влажной бане? Это связано с тем, что в сухом воздухе происходит охлаждение поверхности кожи, слизистых оболочек дыхательных путей и легких благодаря испарению воды с их поверхности.

Характеризуя силу мороза, на Севере и Дальнем Востоке России говорят не просто об отрицательных температурах. Мороз характеризуют жесткостью, учитывая при этом и температуру, и влажность, и силу ветра. Даже не обращаясь к столь экстремальным примерам, мы можем убедиться во взаимодействии таких факторов, как температура и влажность (рис. 5.9.1).

Рис. 5.9.1. Реакция легко одетого человека на различные значения температуры и влажности воздуха в закрытом помещении

Взаимодействовать могут факторы, очень разные по своей биологической природе. В ботанических садах в открытом грунте очень часто произрастают растения из иных климатических зон. Значит, местный климат может подходить чужеземным растениям! Однако в диких условиях те же виды растений прижиться не смогут. Дело в том, что в ботанических садах пропалывающие грядки садовники устраняют конкурентов выращиваемых видов растений. Итак, способность противостоять конкурентам зависит от климата!

Результат взаимодействия факторов зависит от их специфики и механизмов приспособления к их неблагоприятному действию (рис. 5.9.2), но все-таки одно общее правило, описывающее такое взаимодействие, мы можем назвать. Неблагоприятные значения одного фактора сужают диапазоны толерантности к другим факторам.

Рис. 5.9.2. Влияние pH (кислотности) почвенного раствора на доступность для растений различных элементов минерального питания

Реакции на взаимодействующие факторы могут быть связаны в том или ином физиологическом балансе организма: водном, тепловом, энергетическом и т.д.

Взаимодействие факторов может быть отражено с помощью понятия экологической ниши по Хатчинсону, предложенному в 1957 г. К этому времени понятие «экологическая ниша», введенное в обиход Дж. Гринеллом и Ч. Эльтоном, трактовалось как понятие, относящееся к экологии сообществ. Американский эколог и гидробиолог Джордж Хатчинсон переосмыслил это понятие.

Логика Хатчинсона была такова: представьте себе, что в качестве первого шага мы откладываем на линейной оси диапазон толерантности интересующего нас вида, соответствующий какому-то фактору. Вторым шагом мы добавляем еще одну ось, соответствующую какому-то иному важному для этого организма фактору, и откладываем на этой оси соответствующий ей диапазон толерантности. После того, как мы охарактеризовали пределы толерантности для двух факторов, добавим к ним третий, четвертый… — столько, сколько нужно, чтобы охарактеризовать основные запросы данного вида.

В результате описанных действий мы получаем гиперобъем (многомерный объем) в пространстве факторов, включающий такие их значения, при которых возможно существование рассматриваемого вида. Назовем его экологической нишей по Хатчинсону (рис. 5.9.3). Двумерную нишу можно было бы представить себе как прямоугольник на плоскости двух признаков, а трехмерную — как параллелепипед. Но организм вряд ли сможет вынести одновременное неблагоприятное действие всех трех факторов (случай, соответствующий углу параллелепипеда). Самые благоприятные условия для организма складываются где-то внутри ниши, а неблагоприятные — по краям (рис. 5.9.4). Если факторы (точнее, реакции на них) будут взаимодействовать, действительная форма ниши по Хатчинсону будет иной. То, что неблагоприятное значение одного фактора сужает диапазон толерантности к другим факторам, выражается в «скруглении» углов многомерной ниши.

Рис. 5.9.3. Экологическая ниша по Хатчинсону, определенная по трем факторам (температура, концентрация кислорода и соленость) для омара

Рис. 5.9.4. Пространство внутри ниши неоднородно. Здесь показано различие уровней приспособленности для двумерной экологической ниши по Хатчинсону

 

Дополнительные материалы:

Учебная модель: Взаимодействие факторов (управление фотосинтезом в теплице)

 

5.08. Термины, описывающие толерантность организмов

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 5. Аутэкология и основы средоведения

5.10. Концепция стресса по Селье

 

Комментарии

прямоугольник, а не квадрат.(11 абзац) Разумеется, любую двумерную нишу всегда можно представить в виде квадрата - путём изменения масштаба осей, но в общем случае она является прямоугольником. Или, если уж считать её квадратом, то трёхмерная ниша тоже должна быть кубом, а не параллелепипедом..

С уважением, Миша

Да, конечно! Корректнее говорить о прямоугольнике и параллелипипеде. Я исправил.

Буду благодарен за поиск иных несообразностей!