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

Українська мова (найновіша версія) / Російська мова (оновлення припинено)

5.08. Терміни, що описують толерантність організмів

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Глава 5. Аутекологія та основи середовищезнавства

5.10. Концепція стресу за Сельє

5.09. «Взаємодія факторів» і ніша за Хатчінсоном
Як ми зазначали, екологічне середовище — єдине ціле, і на будь-який організм одночасно діє вся сукупність факторів. Подібним чином і реакція організму на середовище являє собою єдине ціле. Природно, у реакції організму можна виділити більш важливі та менш важливі складові частини. Наприклад, людина, якій холодно, значну частину своєї енергії витрачатиме на розігрів свого тіла (тремтіти, інтенсивно рухатися, шукати тепле місце), а голодна людина прагнутиме здобути їжу. Той із факторів, який на даний момент виявиться найбільш несприятливим, спричинить найбільш виразну реакцію організму.
А якщо людина одночасно відчуває і холод, і нестачу їжі? Їй буде набагато важче боротися з кожним із цих факторів! За наявності достатньої кількості висококалорійної їжі простіше протистояти холоду; людина, що мерзне, набагато швидше знесиліє від голоду, ніж та, що перебуває в комфортних температурних умовах. Отже, реакції організму на ці два фактори впливають одна на одну. Кажуть, що в цьому випадку спостерігається взаємодія двох факторів.
Зверніть увагу: у розглянутому прикладі йшлося не про взаємодію двох факторів у їхньому фізичному сенсі, а про взаємодію реакцій організму на їхній вплив. На рівні мовних конструкцій ми ще раз підтверджуємо, що для екології важливі не фактори самі по собі, поза зв'язком з організмом, а їхня дія на ту істоту, з «точки зору» якої ми оцінюємо екологічне середовище.
Чи знаєте ви, що в сауні (фінській лазні) із сухим повітрям людина з легкістю витримує вищу температуру, ніж у російській вологій лазні? Це пов'язано з тим, що в сухому повітрі відбувається охолодження поверхні шкіри, слизових оболонок дихальних шляхів і легень завдяки випаровуванню води з їхньої поверхні.
Характеризуючи силу морозу, на Півночі та Далекому Сході говорять не просто про від'ємні температури. Мороз характеризують жорсткістю, враховуючи при цьому і температуру, і вологість, і силу вітру. Навіть не звертаючись до таких екстремальних прикладів, ми можемо переконатися у взаємодії таких факторів, як температура й вологість (рис. 5.9.1).

Рис. 5.9.1. Реакція легко вдягненої людини на різні значення температури та вологості повітря в закритому приміщенні
Взаємодіяти можуть фактори, дуже різні за своєю біологічною природою. У ботанічних садах у відкритому ґрунті дуже часто ростуть рослини з інших кліматичних зон. Отже, місцевий клімат може підходити чужоземним рослинам! Однак у диких умовах ті самі види рослин прижитися не зможуть. Справа в тому, що в ботанічних садах садівники, що полють грядки, усувають конкурентів вирощуваних видів рослин. Отже, здатність протистояти конкурентам залежить від клімату!
Результат взаємодії факторів залежить від їхньої специфіки та механізмів пристосування до їхньої несприятливої дії (рис. 5.9.2), але все ж таки одне загальне правило, що описує таку взаємодію, ми можемо назвати. Несприятливі значення одного фактора звужують діапазони толерантності до інших факторів.

Рис. 5.9.2. Вплив pH (кислотності) ґрунтового розчину на доступність для рослин різних елементів мінерального живлення
Реакції на взаємодіючі фактори можуть бути пов'язані в тому чи іншому фізіологічному балансі організму: водному, тепловому, енергетичному тощо.
Взаємодія факторів може бути відображена за допомогою поняття екологічної ніші за Хатчінсоном, запропонованого в 1957 р. До того часу поняття «екологічна ніша», введене в обіг Дж. Грінеллом і Ч. Елтоном, трактувалося як поняття, що відноситься до екології угруповань. Американський еколог і гідробіолог Джордж Хатчінсон переосмислив це поняття.
Логіка Хатчінсона була такою: уявіть собі, що першим кроком ми відкладаємо на лінійній осі діапазон толерантності цікавого для нас виду, що відповідає якомусь фактору. Другим кроком ми додаємо ще одну вісь, що відповідає якомусь іншому важливому для цього організму фактору, і відкладаємо на цій осі відповідний їй діапазон толерантності. Після того, як ми охарактеризували межі толерантності для двох факторів, додамо до них третій, четвертий… — стільки, скільки потрібно, щоб охарактеризувати основні запити даного виду.
У результаті описаних дій ми отримуємо гіперобсяг (багатовимірний обсяг) у просторі факторів, що включає такі їхні значення, за яких можливе існування розглядуваного виду. Назвемо його екологічною нішею за Хатчінсоном (рис. 5.9.3). Двовимірну нішу можна було б уявити собі як прямокутник на площині двох ознак, а тривимірну — як паралелепіпед. Але організм навряд чи зможе витримати одночасну несприятливу дію всіх трьох факторів (випадок, що відповідає куту паралелепіпеда). Найсприятливіші умови для організму складаються десь усередині ніші, а несприятливі — по краях (рис. 5.9.4). Якщо фактори (точніше, реакції на них) взаємодіятимуть, дійсна форма ніші за Хатчінсоном буде іншою. Те, що несприятливе значення одного фактора звужує діапазон толерантності до інших факторів, виражається в «заокругленні» кутів багатовимірної ніші.

Рис. 5.9.3. Екологічна ніша за Хатчінсоном, визначена за трьома факторами (температура, концентрація кисню та солоність) для омара

Рис. 5.9.4. Простір всередині ніші неоднорідний. Тут показано відмінність рівнів пристосованості для двовимірної екологічної ніші за Хатчінсоном
Додаткові матеріали:
Навчальна модель: Взаємодія факторів (управління фотосинтезом у теплиці)

5.08. Терміни, що описують толерантність організмів

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Глава 5. Аутекологія та основи середовищезнавства

5.10. Концепція стресу за Сельє