Аутэкология (1)

1.

Ключевые понятия экологии:
ОПТИМУМ

2.

Оптимум
Формулировка закона: любой фактор имеет пределы
положительного воздействия на организм
Определение оптимума: значение фактора (диапазон значений),
в наибольшей степени благоприятное для организма
Толерантность (экологическая валентность): диапазон значений
фактора, в которых организм может существовать

3.

Мы можем выделить три характеристики
кривой толерантности:
1.Ширина зоны толерантности (узкая –
широкая)
2.Расположение зоны толерантности (в
области низких значений – в области
высоких значений)
3.Способность к изменению толерантности
(акклимация или адаптация)

4.

(Заключительный этап – 2019)
Обычно зависимость выживаемости от фактора среды выглядит как кривая с
максимумом (колоколообразная кривая, верхняя часть кривой соответствует
зоне оптимума) - как избыточное, так и недостаточное влияние фактора,
например, температуры, отрицательно воздействует на жизнедеятельность
особей. Чем отличаются друг от друга такие кривые для широко- и
узкоспециализированных форм? Может ли зона оптимума меняться в течение
жизни? Как выглядит кривая зависимости выживаемости от таких факторов
среды, как загрязняющие вещества?
1. Кривые для узкоспециализированных особей обычно отличаются более узкой
зоной оптимальных значений вследствие адаптации к конкретным условиям.
2. В результате адаптации зона оптимума может изменяться в течение
жизненного цикла в соответствии с обычно имеющим место изменением
условий.
3. Загрязняющие вещества негативно влияют на жизнедеятельность организма,
оптимальным значением для них является нулевая концентрация. От обычной
кривой зависимости выживаемости от степени воздействия фактора среды
остается лишь ее правая часть.

5.

Показатель благополучия
популяции
Кривые для узкоспециализированных особей обычно отличаются более
узкой зоной оптимальных значений вследствие адаптации к конкретным
условиям
стенобионт
A
эврибионт
стенобионт
B
Фактор F
Если фактор F – температура, то:
Вид A - холодолюбивый
Вид B - теплолюбивый
стенотерм
стенотерм

6.

В результате адаптации зона оптимума может изменяться в
течение жизненного цикла в соответствии с обычно имеющим
место изменением условий
Акклимация – изменение оптимума

7.

Температурная компенсация – способность поддерживать
постоянный уровень жизнедеятельности (метаболизма) при
широких колебаниях внешней температуры у пойкилотермных
у моллюсков на побережье Баренцева моря, таких, как брюхоногие литторины и
двустворчатые мидии, интенсивность обмена, оцениваемая по потреблению
кислорода, почти не зависит от температуры в тех пределах, с которыми моллюски
встречаются ежедневно во время приливов и отливов.

8.

Загрязняющие вещества негативно влияют на жизнедеятельность организма,
оптимальным значением для них является нулевая концентрация. От
обычной кривой зависимости выживаемости от степени воздействия фактора
среды остается лишь ее правая часть.
Ресурсы, необходимые в
минимальной концентрации
Яды
(Bigon, 2006)

9.

Можно ли сходным образом описать зависимость эффективности использования
ресурса от количества пищи? Можно, если считать, что в этом случае реализуется
только левая часть колоколообразной кривой
Скорость потребления
Зависимость эффективности использования
ресурса от количества пищи
Концентрация пищи

10.

Кривая светового насыщения фотосинтеза – зависимость интенсивности
фотосинтеза от освещенности
Точка компенсации – значение освещенности, при котором уравниваются
фотосинтез и дыхание

11.

Ключевая информация – все отклоняющиеся от общепринятого варианты
кривой оптимума

12.

Муницип -2025
Как изменяется темп роста (темп развития, продолжительность
развития) у пойкилотермных животных при повышении
температуры? Почему определение оптимума по этой
характеристике может быть затруднительно?
Темп роста при повышении температуры обычно растет.
Это связано с прямой зависимостью темпа роста от
температуры, определение оптимума обычно предполагает
кривую зависимости с минимумом или с максимумом.

13.

Эффективные температуры развития пойкилотермных организмов
Температурный порог развития (биологический ноль развития)
- та температура, при которой после холодового угнетения
восстанавливается нормальный обмен веществ
Эффективная температура – разница между температурой среды
и температурным порогом развития
Сумма эффективных температур (Х)
X = (T-C)*t
Т – температура окружающей среды; С- температура порога
развития; t- число часов или дней с температурой, превышающей
порог развития

14.

Примеры:
Развитие покоящихся яиц
кузнечика Austroicetes cruciata
начинается при температуре
16о
При температуре 20о (эффективная
температура 4о) развитие яйца (до
вылупления первой личиночной стадии)
занимает 17.5 суток,
при 30о (эффективная температура – 14о)
– 5 суток. Сумма температур в обоих случаях
составляет 70 градусо-дней

15.

16.

Зависимость скорости и срока развития от температуры у пойкилотермных организмов. Определенный участок
зависимости скорости развития от температуры (в этом примере — от 7 до 15 °С) можно рассматривать как линейный; срок
развития на этом участке описывается гиперболической зависимостью. В пределах этого участка возможен расчет
скорости развития с помощью концепции эффективных температур. Физиологический нуль (в примере — 4 °С) — точка
пересечения этой линии с уровнем нулевой скорости развития
https://batrachos.com/

17.

Effectively linear relationships between rates of growth and development and temperature. (a) Growth of the protist Strombidinopsis
multiauris. (After Montagnes et al., 2003.) (b) Egg development in the beetle Oulema duftschmidi. (After Severini et al., 2003.) (c) Egg to
adult development in the mite Amblyseius californicus. (After Hart et al., 2002.)

18.

Заключительный этап-2022
Зависимость каких показателей организмов от естественных факторов
среды (например, от температуры) имеет форму колоколообразной «кривой
с максимумом» (при этом зона максимальных значений соответствует
оптимуму)?
Зависимость
каких
показателей
имеет
форму
перевернутой
колоколообразной «кривой с минимумом» (при этом зона минимальных
значений соответствует оптимуму)?
1. Зависимость характеристик благополучного состояния организмов, таких как
выживаемость, имеет форму «кривой с максимумом».
2. Зависимость характеристик неблагополучного состояния организмов, таких
как нарушение строения и функционирования организма и смертность, имеет
форму «кривой с минимумом».

19.

Зависимость характеристик неблагополучного состояния организмов, таких как
нарушение строения и функционирования организма и смертность, имеет форму «кривой
с минимумом».

20.

21.

Муницип - 2025
В чем состоит специфический (вопрос 1) и
неспецифический (вопрос 2) ответ живого
организма на неблагоприятное воздействие?
Нарушение
определенных
функционирования организма в
прямого воздействия.
черт
результате
Изменение
общего
состояния
организма,
снижение
иммунитета,
рост
общей
заболеваемости.

22.

Кривая светового насыщения фотосинтеза – зависимость интенсивности
фотосинтеза от освещенности – пример специфического ответа

23.

Функциональный и численный ответ (специфический!)
хищника на увеличение численности жертв
Функциональный ответ – увеличение эффективности кормежки в ответ на увеличение
численности жертв
Количественный (численный) ответ – увеличение численности хищника в ответ на увеличение
численности жертв

24.

Муницип - 2025
Почему
стресс
рассматривается
неспецифическая реакция организма?
как
Стресс является адаптивной реакцией
организма
на
самые
разные
неблагоприятные воздействия.

25.

Концепция Ганса Селье (Hans Selye, 1939) об
общем адаптационном синдроме - стрессе.
Стресс (англ. “stress” – напряжение) – совокупность всех
неспецифических изменений , возникающих под влиянием
любых сильных воздействий и сопровождающихся перестройкой
защитных систем организма.
Положение о патогенетической связи стресса с
нарушениями репродукции.
При усилении активности гипоталамо-гипофизарнонадпочечниковой системы реципроктно угнетается гипоталамогипофизарно-половая система.
____________________________________________
.
Christian J.J. 1950. The adreno-pituitary system and
population cycles in mammals. – J. Mammalogy, V.31 (3)
25
Из лекции Б.И. Шефтеля

26.

Уровень кортикостероидов – один из наиболее точных
физиологических показателей
Возможные эффекты
повышенной концентрации
кортизола
Изменение поведения
Увеличение уровня глюкозы в крови
Ингибирование роста
Ингибирование иммунной системы
Ингибирование репродукции
(размножения)
Romero, L. M. (2004). Physiological stress in ecology: lessons from biomedical research. Trends in
Ecology & Evolution, 19(5), 249-255.

27.

Популяция существует при нестабильных условиях среды.
Какой темп размножения имеет место при благоприятных
условиях? Какой при неблагоприятных условиях? При какой
численности
популяции,
в
отсутствие
эффекта
переуплотнения, наблюдается стрессовое состояние?
Примерный вариант ответа
1. При благоприятных условиях наблюдается высокая
численность и высокий темп размножения.
2. При неблагоприятных условиях имеют место низкая
численность и низкий темп размножения.
3. Стрессовое состояние может иметь место при низкой
численности и темпе размножения, вследствие
неблагоприятных условий среды.
Важно: стресс возникает не только вследствие эффекта
переуплотнения (высокой плотности популяции)!

28.

Источником стресса может быть любое изменение в
окружающей среде!
• Повышение плотности популяции
(«переуплотнение»)
• Уменьшение количества ресурсов (пища, вода,
территория, изменение половой структуры
популяции)
• Неблагоприятные погодные условия
• Загрязнения (химическое, шумовое, световое)
• Антропогенное воздействие (рекреационное
беспокойство)

29.

Биологический смысл реакции на стресс – мобилизация внутренних ресурсов
организма для защиты от угроз, которые неизбежно возникают при
взаимодействии животных с внешней средой – холода, голода, нападения
хищников. Когда такие воздействия становятся слишком частыми, свободные
ресурсы истощаются, и организм оказывается бессилен перед новыми
экологическими «вызовами».
В
неблагоприятных
условиях среды зверьки
сильнее
стрессированы
(хронический стресс), но
при
этом
быстрее
приспосабливаются к еще
более
сильному
ухудшению
условий
(специфическая адаптация)

30.

Закл - 2024
При характеристике оптимума для живых существ определенного вида
принципиальное значение имеет выбор показателя, по которому
определяются наилучшие (оптимальные) условия. Какой должна быть
форма зависимости показателя от температуры для выделения
оптимума? По каким показателям зона оптимальных условий будет
шире, по каким уже?
1. Зависимость должна соответствовать «кривой с минимумом» или
«кривой с максимумом», который и соответствует оптимуму.
2. Зона оптимума по выживаемости охватывает весь диапазон условий,
пригодных для существования вида, зона оптимума для более тонких
показателей (развитие без нарушений, показатели состояния здоровья)
представляет собой значительно более узкий диапазон условий.

31.

Разные способы оценки благоприятности фактора
На уровне популяции и вида:
Экстремальные условия летальны, менее экстремальные
ограничивают рост, но только оптимальные способствуют
воспроизведению
2006) воспроизведения!
Следовательно, оптимум
– зона наиболее (Bigon
эффективного

32.

Муницип - 2024
Актуально ли правило оптимума для
человека (вопрос 1) и как оно определяет
его распространение (вопрос 2)?
Правило оптимума актуально и для человека, при этом
зона оптимума достаточно узкая.
• Распространение человека выходит далеко за рамки
оптимума, возможность существования при разных условиях
обеспечивается за счет разума и технических средств.

33.

Регион 2025
Укажите два основных фактора, которые
определяют то, что какие-то виды широко
распространены, а какие-то нет.
1.
Это
определяется
толерантностью,
шириной диапазона оптимальных и пригодных
для существования условий.
2.
Это
также
определяется
приспособляемостью,
способностью
к
адаптации к разным условиям местообитания.

34.

Регион - 2022
Что означает понятие «оптимум вида»? Почему это понятие важно для
характеристики вида?
1. Оптимум – это зона наиболее благоприятных условий, которая характеризуется
высокой выживаемостью.
2. Оптимум определяет ареал вида и его место в экосистеме.
Ключевые следствия:
F2,
F2,
F1,
Оптимум = ареал вида
F1,
Оптимум = экологическая ниша вида

35.

Экологическая ниша – место вида в экосистеме
Экологическая ниша – это «профессия» вида, его место
в экосистеме. Можно говорить о более узкой и более
широкой экологической нише. В чем ограничения
более узкой ниши? В чем ограничения более широкой
ниши?
1. Узкая ниша обычно означает высокую приспособленность к строго
определенным условиям, что ограничивает возможности для
распространения вида и представляет угрозу для существования при
изменении условий.
2. Виды с более широкой нишей имеют большие возможности для широко
распространения и выживания при изменении условий, но могут уступать в
конкуренции в конкретных местообитаниях узкоспециализированным
формам, адаптированным для существования в этих условиях.

36.

Классификация по спектру питания:
Монофаги
Олигофаги
Полифаги

37.

Ниша – это положение вида в многомерном пространстве
условий и ресурсов – многомерная ниша Хатчинсона
Фактор F2
Многомерная ниша
Хатчинсона
Фактор F1
Фактор F3

38.

Взаимодействие факторов
• Оптимальная зона и пределы выносливости
организмов по отношению к какому либо фактору
среды могут смещаться в зависимости от того, с
какой силой и в каком сочетании действуют
одновременно другие факторы

39.

Муниципальный этап - 2023
Чем определяется жизненная форма живых организмов?
Почему далекие виды сходной жизненной формы
рассматриваются в качестве экологических эквивалентов?
Жизненная форма определяется путями адаптации к
определенным условиям среды.
• Сходство путей адаптации определяет сходство далеких
друг от друга видов, их место в экосистеме, экологическую
нишу.

40.

тушканчик
воалаво
прыгунчик
Кенгуровый прыгун
Кенгуровая крыса
долгоног
Сумчатый тушканчик

41.

Жизненные формы растений по классификации И.Г. Серебрякова

42.

43.

Общие законы аутэкологии: закон лимитирующего фактора
Лимитирующим является фактор, который действует
в концентрации, наиболее далекой от оптимума

44.

Лимитирует тот фактор, который находится в недостатке – это определение
«с точки зрения фактора».
Лимитирует тот фактор, на который организм (популяция) сильнее
всего реагирует, – это определение с точки зрения организма
В области низких значений F1
фактор F1 – лимитирующий
r = 0.1
F2
r = 0.2
r = 0.3
r = 0.4
F2
r = 0.5
r = 0.1
r = 0.2
r = 0.3
r = 0.4
r = 0.5
F1
F1
Вид одинаково чувствителен к
изменению факторов F1 и F2
В области низких значений F1 вид более
чувствителен к изменению фактора F1, чем
к изменению фактора F2
Из лекций Л.В. Полищука

45.

В каждой среде можно выделить ограниченное число
лимитирующих факторов, к которым организмы
приспосабливаются сходным образом

46.

Среды жизни организмов
Принципиально важно знать:
1. Набор лимитирующих факторов в каждой из сред обитания
2. Общие принципы адаптации к каждому из факторов

47. АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ

Адаптации - приспособления организмов к среде; любые
изменения в структуре и функциях организмов, повышающих их
шансы на выживание
Механизмы адаптаций на уровне организма
Биохимические
Онтогенетические
Физиологические
Поведенческие
Морфо-анатомические

48.

49.

Укажите две основные формы реакции вида на
неблагоприятное воздействие. Возможна ли смена
оптимума в процессе эволюции?
1. Возможной реакцией вида является приспособление
к новым условиям за счет физиологических
генетических адаптаций.
и
2. Возможной реакцией вида является избегание
этого воздействия, изменение ареала вида.
3. При обитании в изменившихся условиях в
результате
адаптивных
эволюционных
преобразований возможна смена оптимума, то есть
неоптимальные условия становятся оптимальными.

50.

Что такое «стратегия сопротивления»?
Поддержание постоянства внутренней среды при изменениях внешней –
одно из проявлений гомеостаза на уровне особи!
Поддержание постоянной температуры тела требует больших затрат
энергии. Почему такая особенность все же была приобретена в ходе
эволюции? За счет чего все большая степень «независимости» от
условий окружающей среды достигается у животных?
1. Это определяется конкурентными преимуществами, возможностью
поддержания обычной активности в более широком диапазоне изменения
условий окружающей среды.
2. У животных все большая «независимость» от условий окружающей среды
достигается за счет совершенствования физиологических механизмов
поддержания устойчивости (гомеостаза).

51. Группы организмов по отношению к температуре:

Пойкилотермные
(эктотермные,
холоднокровные)
Гомойотермные
(эндотермные,
теплокровные)
Температура тела равна температуре
среды
Постоянная температура тела, не
зависит от температуры среды
У многих есть элементы
терморегуляции (температура тела
может отличаться от температуры
среды)
Гетеротермия – колебания
температуры тела у
гомойотермных животных

52.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВЫГОДЫ ПОЙКИЛО- И
ГОМОЙОТЕРМИИ
Пойкилотермия
• экономия энергетических
ресурсов
• меньшая потеря воды (жаркий
климат)
• Больше продолжительность
жизни
Гомойотермия
• отсутствие постоянства
теплообмена
• прерывистая активность
• большие энергетические
затраты
• Меньше
продолжительность жизни
• сохранение активности в
широком диапазоне температур
• Высокая интенсивность
метаболизма, прогрессивное
развитие нервной системы и
сложного поведения

53.

Водно-солевой обмен
Осморегуляторы (гомойоосмотичные)
поддерживают постоянное осмотическое
давление в организме
Стратегия сопротивления (большинство
позвоночных и часть беспозвоночных)
Осмоконформеры (пойкилоосмотичные)
– осмотическое давление внутренней
среды не отличается от осмотического
давления внешней среды
Стратегия подчинения (часть
беспозвоночных, миксины)