2.4. Гомеостаз
Гомеостаз1 (от греч. homoios — тот же, statos — состояние)
— способность биологических систем противостоять изменениям
и сохранять относительное динамическое постоянство своей
структуры и свойств. Поддержание гомеостаза — непременное
условие существования как отдельных клеток и организмов,
так целых биологических сообществ и экосистем.
1 Термин «гомеостаз» введен в 1932 г. американским физиологом
У. Кэнноном для характеристики процессов, обеспечивающих устойчивость
и постоянство внутренней среды отдельного организма, и впоследствии
распространен на живые системы разных уровней организации.
2.4. Гомеостаз 45
В гомеостазе (устойчивости) живых систем выделяют:
• выносливость (живучесть, толерантность (см. разд.
3.2.2) — способность переносить изменения среды без
нарушения основных свойств системы;
• упругость (резистентность, сопротивляемость) — способность
быстро самостоятельно возвращаться в нормальное
состояние из неустойчивого, которое возникло
в результате внешнего неблагоприятного воздействия
на систему.
Понятие «гомеостаз» широко используется в экологии для
характеристики устойчивости различных систем. Гомеостаз
клетки определяется специфическими физико-химическими
условиями, отличными от условий внешней среды; гомеостаз
многоклеточного организма — поддержанием постоянства
внутренней среды. Константами гомеостаза животных являются
объем, состав крови и других жидкостей организма.
Гомеостаз популяции определяется поддержанием пространственной
структуры, плотности и генетического разнообразия.
Вследствие гомеостатической регуляции поддерживается
постоянство состава и численности популяций в сообществах.
На уровне экосистем гомеостаз проявляется в наиболее устойчивых
формах взаимодействия между видами, что выражается
в приспособленности к особенностям среды и поддержании
циклов круговорота биогенов. Можно рассматривать даже
гомеостаз биосферы, в которой взаимодействие разнообразных
организмов поддерживает постоянство газового состава атмосферы,
состав почв, состава и концентрации солей мирового
океана и др.
Гомеостаз обеспечивается работой механизмов регулирования,
действующих по принципу отрицательной обратной
связи. Тогда нарушения в функционировании живой системы,
используя кибернетические термины, следует констатировать
как появление в канале обратной связи «помех» или «шумов
».
Роль помех могут играть различные факторы, например
погодные условия, деятельность человека и т. п. Резкие изменения
характеристик окружающей среды, при которых они (или
одна из них) выходят за границы допустимого, называют экологическим
стрессом.
Безусловно, конкретные механизмы регулирования различны
для клетки организма, популяции и экосистемы, но
46 Глава 2. ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ
всегда результатом саморегуляции и поддержания гомеостаза
является сбалансированность и четкая согласованность функционирования
всех элементов биологической системы.
2.5. Биологический вид
Разделение всего многообразия животных и растений
на виды является способом упорядоченного описания живой
природы, основанным на выявлении иерархической структуры
ее элементов.
В большинстве случаев особи разных видов различают по
внешнему виду, поведению, физиологии. Однако одних внешних
различий, даже значительных, для выделения вида недостаточно.
Если особи двух разных групп организмов при самом
значительном различии внешнего вида способны, скрещиваясь,
давать потомство (т. е. возможен обмен генами), то они
являются одним видом. Напротив, особей, которые не способны
дать потомство при скрещивании, относят к различным
видам.
Вид1 — совокупность особей, способных к скрещиванию и
образованию плодовитого потомства, населяющих определенный
ареал (область географического распространения), обладающих
рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений
с абиотической и биотической средой, отделенных от
других таких же групп особей практически полным отсутствием
гибридных2 форм. Вид — качественный этап процесса эволюции
(см. разд. 3.33).
Приведенное правило определения видов (как и все прочие
научные схемы, описывающие безгранично многообразные
проявления жизни) имеет исключения.
Контрольные вопросы и задания
2.1. Что такое гомеостаз?
2.2. Приведите примеры выносливости и упругости организмов.
2.3. Какие изменения происходят с веществом и энергией в ходе
фотосинтеза и роста растений?
1 Определение понятия «вид» через понятие «популяция» с необходимыми
пояснениями см. в гл. 4.
2 Гибрид — потомство, не способное к дальнейшему размножению
например, мул — результат скрещивания лошади с ослом).
2.5. Биологический вид 47
2.4. Назовите сходства и различия процессов фотосинтеза и хемосинтеза.
2.5. Перечислите основные типы дыхания.
2.6. Назовите единый и универсальный источник энергообеспечения
клетки.
2.7. Какие организмы являются продуцентами и какова их роль
в экосистеме?
2.8. Объясните взаимоотношения между организмами-производителями,
организмами-потребителями и организмами-разрушителями.
2.9. Какая роль отводится воде в жизни клетки?
2.10. Дайте определение биологическому виду. Имеют ли место исключения
из данного правила определения вида?
ГЛАВА
ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм,
являясь самостоятельной биологической системой,
постоянно находится в прямых или косвенных отношениях
с разнообразными компонентами и явлениями окружающей
его среды или, иначе, с р е д ы о б и т а н и я , влияющими
на состояние и свойства организма.
Среда — одно из основных экологических понятий, которое
означает весь спектр окружающих организм элементов
и условий в той части пространства, где обитает организм, все
то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует.
При этом организмы, приспособившись к определенному
комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности
сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего
существования.
Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы.
В земных условиях существуют четыре основных типа
среды обитания живых организмов: водная, наземная (воздушная),
почвенная, а также тело другого организма, используемое
паразитами.
3.1. Экологические факторы
и их действие
Экологический фактор1 — любой элемент окружающей
среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм,
хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития,
называют экологическим фактором.
1 Фактор (от лат. factor — делающий, производящий) — движущая
сила, причина какого-либо процесса, явления.
3
3.1. Экологические факторы и их действие 49
Экологические факторы многообразны, при этом каждый
фактор является совокупностью соответствующего условия
среды и его ресурса (запаса в среде).
Экологические факторы среды (рис. 3.1) принято делить
на две группы:
• факторы косной (неживой) природы — абиотические
или абиогенные;
• факторы живой природы — биотические шли биогенные.
С другой стороны, по происхождению и те и другие бывают
как природными, так и антропогенными, т. е. прямо или
косвенно связанными с деятельностью человека, который не
только меняет режимы природных экологических факторов,
Рис. 3.1. Классификация экологических факторов
50 Глава 3. ФАКТОРЫ СРЕДЫ
но и создает новые, синтезируя ядохимикаты, удобрения,
строительные материалы, лекарства и т. п.
Известно, что в основу построения системы терминов
должна быть положена достаточно емкая классификация, охватывающая
все понятия в их взаимосвязи и развитии. Исключительная
сложность, взаимосвязанность и взаимозависимость
явлений в природе затрудняет классификацию в экологии.
Наряду с приведенной классификацией экологических
факторов существует много других (менее распространенных),
в которых используют иные отличительные признаки. Так,
выделяют факторы, зависящие и не зависящие от численности
и плотности организмов. Например, на действие макроклима-
тических факторов не сказывается количество животных или
растений, а эпидемии (массовые заболевания), вызываемые
патогенными микроорганизмами, зависят от их количества на
данной территории. Известны классификации, в которых все
антропогенные факторы относят к биотическим.
3.1.1. Абиотические факторы
В абиотической части среды обитания (в неживой природе)
все факторы прежде всего можно разделить на физические
и химические. Однако для понимания сути рассматриваемых
явлений и процессов абиотические факторы удобно
представить совокупностью климатических, топографических,
космических факторов, а также характеристик состава среды
(водной, наземной или почвенной) и др.