Источником адаптации являются генетические изменения в организме – мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего творческого фактора адаптивной организации живых форм»
На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе. Известны как успешные адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и «безуспешные». Т.е. вместо адаптации вид вымирает.
Прекрасный пример успешной адаптации – эволюция лошади в течении примерно 60 млн. лет от низкорослого предка до современного и красивейшего быстроногого животного с высотой в холке до 1,6 м. Противоположный этому пример – вымирание мамонтов. Высокоаридный. субарктический климат последнего оледенения привёл к исчезновению растительности, которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные к низким температурам. Кроме того, высказываются мнения, что в исчезновении мамонта «повинен» и первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо мамонтов употреблялось им в качестве пищи, а шкура – спасала от холода.
В приведённом примере с мамонтами недостаток растительной пищи вначале ограничивал количество мамонтов, а её исчезновение привело к их гибели. Растительная пища выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют важнейшую роль в выживании и адаптации организмов.
3.Экологические группы организмов.
В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как и индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединённых в один род, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяющих ещё более «далёких родственников».
Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию её факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счёт других, более приспособленных.
Популяция – это совокупность особей одного вида. Генетически обычно добавляют как обязательный момент – способность этой совокупности к самовоспроизведению. Экологи же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида.
Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определённой территории.
Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало небольшой популяции, причём весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.
Однако настоящих одновидовых группировок и поселений в природе не существует, и мы обычно имеем дело с группировками, состоящими из многих видов. Такие группировки называются биологическими сообществами, или биоценозами.
Биоценоз– совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных.
Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т.е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, по которым понимаются условия окружающей среды на определённой территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.
Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определённую биологическую систему – биогеоценоз. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «…свою, особую специфику взаимодействий» и «определённый тип обмена веществами и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющие собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».
Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые, взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.
Прежде всего все организмы делятся на две большие группы – автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофные (доядерные организмы - прокариоты) организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др.
Гетеротрофные (ядерные организмы - эукариоты) организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мёртвую органику, называются сапрофитами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счёт живых тканей – паразитами (например, клещи).
Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производит продукцию, другие потребляют, третьи – преобразуют её в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты – производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы, - это наземные зелёные растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.
Консументы – это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу - травоядные (корова), плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое – «всеядные» (человек, медведь).
Редуценты (деструкторы) – восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO2., NO2 и H2O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они тем, самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Редуценты функционально это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсументами.
4. Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности.
На организм действует множество экологических факторов. Если концентрация факторов приближается к пределам устойчивости к нему организма, то такой фактор становится лимитирующим.
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в середине 19 века. Экспериментируя с химическими удобрениями, заметил, что ограничение дозы любого из них оказывает одинаковое влияние на растение – приводит к замедлению его роста, угнетению. Он установил «закон минимума»:если в ряду большого числа факторов, влияющих на организм, какой-либо находится в дефиците (минимуме), то именно он становится определяющим (лимитирующим) для организма.
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов, таких как тепло, свет, влажность. Представление о лимитирующем влиянии максимума, наравне с минимумом ввёл В. Шелфорд, и оно носит название«закон максимума».
Что касается закона минимума Ю.Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р.Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая сюда температуру, влажность, освещённость и т.д.
Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т.д. Но несмотря на взаимовлияние факторов, всё-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В.Р.Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т.д.