Закон оптимума: почему живому одинаково вредны и нехватка, и избыток

Почему живому одинаково вредны и нехватка, и избыток

Любому организму нужно не просто тепло, влага или свет, а строго отмеренная их доза. Перегрев губит так же верно, как и холод, а потоп для растения столь же опасен, как засуха. Между двумя крайностями лежит узкий коридор благополучия, и именно его описывает закон оптимума. Чтобы разобраться в этом принципе, сначала познакомимся с самими абиотическими факторами, затем посмотрим, как они расчерчивают планету на природные зоны, и только потом перейдём к границам выносливости, за которыми жизнь обрывается.

Что относят к абиотическим факторам

Начнём с понятия, на котором держится весь дальнейший разговор.

За этим сухим перечнем стоят пять ключевых сил, и каждую стоит рассмотреть отдельно.

Свет

Свет как экологический фактор оценивают по интенсивности и качеству лучистой энергии Солнца. Именно её зелёные растения улавливают при фотосинтезе, превращая в растительную биомассу. Кроме того, достигающее земной поверхности солнечное излучение остаётся главным источником энергии, удерживающим тепловой баланс планеты.

Температура

Температуру относят к важнейшим абиотическим факторам: от неё во многом зависят само существование организмов, их развитие и расселение. Действует она прежде всего напрямую — определяет характер и скорость обменных реакций в теле. А поскольку при удалении от экватора суточные и сезонные колебания температуры нарастают, растения и животные приспосабливаются к ним по-разному, проявляя неодинаковую потребность в тепле.

Влажность

Влажность характеризует содержание воды в воздухе, почве и самих организмах. В природе ей свойственны суточные ритмы: ночью она нарастает, днём убывает. Вместе со светом и температурой влажность во многом регулирует активность живого. Воду растения и животные получают главным образом из атмосферных осадков и подземных источников, а также из росы и тумана.

Воздушная среда и её газовый состав

Изучение воздушной среды как условия жизни началось лишь после выхода организмов на сушу. Жизнь в воздухе потребовала особых приспособлений и более высокой организации. Малая плотность и низкая обводнённость среды, лёгкость перемещения воздушных потоков, обилие кислорода и резкие перепады температур заметно отразились на дыхании, водообмене и способах передвижения.

В ходе эволюции огромное число наземных животных освоило полёт. Для ряда видов характерна анемохория — расселение с помощью воздушных течений; так разносятся споры, семена и плоды, насекомые, пауки, цисты простейших. Часть растений перешла к опылению ветром. Для успешной жизни организмов важны и физические, и химические свойства воздуха, и наличие в нём необходимых газов.

Солёность среды

Солёность водной среды определяют по количеству растворённых в воде солей. В пресных водах их содержится около 0,5–1,0 г/л, а в морских — 10–50 г/л. Для обитателей водоёмов этот показатель имеет огромное значение. Одни животные приспособлены жить лишь в пресной воде, другие — только в солёной. Встречаются и виды, у которых отдельные стадии развития проходят при разной солёности: обыкновенный угорь, к примеру, живёт в пресных водах, а для нереста уходит в солёные моря. Таким организмам необходима тонкая регуляция солевого баланса.

Зональность распространения организмов

Абиотические факторы не действуют поодиночке — вместе они расчерчивают поверхность планеты на широтные пояса. Это явление называют географической, или широтной, зональностью.

При движении по территории России с юга на север природные зоны сменяют друг друга в закономерном порядке: степь, лиственный лес, тайга, тундра. Ведущую роль в таком размещении живого играют именно абиотические условия — температура, влажность и световой режим. По сути, зональность наглядно показывает: где набор факторов смещается от благоприятного, там меняется и состав обитателей.

Закон оптимума: коридор благополучия

Теперь, когда факторы и их географическое действие ясны, перейдём к главному принципу.

То, как переменный фактор скажется на организме — положительно или отрицательно, — зависит в первую очередь от силы его проявления. И недостаток, и избыток одинаково угнетают жизнедеятельность. Организму требуется не фактор «вообще», а его определённый режим: у каждого условия есть нижняя и верхняя границы переносимых колебаний.

Зона оптимума и зона пессимума

Диапазон значений, при которых организму комфортнее всего, называют зоной оптимума данного фактора для особей вида. По мере отклонения от этой зоны фактор всё сильнее подавляет жизнедеятельность — организм попадает в зону пессимума. Чем дальше от оптимума, тем тяжелее последствия.

Критические точки и пределы выносливости

У выносливости есть жёсткие рубежи. Минимально и максимально переносимые значения фактора называют критическими точками — за их пределами жизнь становится невозможной. Именно эти точки и очерчивают пределы выносливости организма по отношению к конкретному условию среды.

Экологическая валентность и пластичность вида

С шириной переносимого диапазона связаны два близких понятия.

Способность же вида приспосабливаться к некоторому диапазону условий обозначают термином «экологическая пластичность». Связь здесь прямая: чем шире размах колебаний фактора, в границах которого вид способен существовать, тем выше его экологическая валентность и тем пластичнее сам вид. Виды с широким диапазоном устойчивости легко осваивают разнообразные местообитания, а узкоспециализированные оказываются привязаны к строго определённым условиям — и именно они первыми страдают, когда среда выходит за привычные рамки.

Так закон оптимума связывает воедино всё сказанное: абиотические факторы задают условия, широтная зональность отражает их распределение, а пределы выносливости и экологическая пластичность объясняют, почему один вид процветает там, где другой не выживает.