Основные законы экологии

Основные законы экологии

Формулировка

Законы Коммонера

1. Первый закон экологии: Все связано со всем остальным. Природа гораздо сложнее, изменчивее и гораздо более устойчива, чем это можно представить с помощью метафоры эволюции отдельного организма. Экосистема может терять виды и претерпевать значительные трансформации, не разрушаясь при этом. Однако взаимосвязанность природы также означает, что экологические системы могут переживать внезапные, поразительные катастрофы, если подвергаются экстремальному стрессу. «Система, — пишет Коммонер, — стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующимся свойствам; эти же свойства, если их перенапрячь, могут привести к драматическому коллапсу». Кроме того, экологическая система — это усилитель, поэтому небольшое возмущение в одном месте может иметь большие, отдаленные, долго откладываемые последствия в других местах.
2. Второй закон экологии: Все должно куда-то деваться — повторяет основной закон термодинамики: в природе не существует конечных отходов, материя и энергия сохраняются, а отходы, образующиеся в одном экологическом процессе, перерабатываются в другом. Например, упавшее дерево или бревно в старовозрастном лесу является источником жизни для множества видов и важной частью экосистемы. Точно так же животные выделяют углекислый газ в воздух и органические соединения в почву, что помогает поддерживать растения, которыми питаются животные.
3. Природа знает лучше — третий неформальный закон экологии. Любое серьезное изменение природной системы, произведенное человеком, скорее всего, окажется губительным для этой системы. За 5 млрд лет эволюции живые существа выработали целый ряд веществ и реакций, которые в совокупности составляют живую биосферу. Однако современная нефтехимическая промышленность внезапно создала тысячи новых веществ, которых не существовало в природе. Основанные на тех же базовых углеродных химических схемах, что и природные соединения, эти новые вещества легко вступают в существующие биохимические процессы. Но при этом они часто оказываются разрушительными для жизни, приводя к мутациям, раку и множеству различных форм смерти и болезней. Отсутствие того или иного вещества в природе является признаком того, что оно несовместимо с химией жизни.
4. Бесплатного обеда не бывает. Четвертый закон экологии гласит, что эксплуатация природы всегда сопряжена с экологическими издержками. С точки зрения строгой экологии, человек больше потребитель, чем производитель. Второй закон термодинамики говорит нам, что в самом процессе использования энергии человек расходует (но не уничтожает) энергию, в том смысле, что преобразует ее в непригодные для использования формы.

В случае с автомобилем высокосортная химическая энергия, хранящаяся в бензине, которым заправляется машина, доступна для полезной работы, а низкосортная тепловая энергия, содержащаяся в выхлопных газах, — нет. При любом преобразовании энергии часть ее всегда деградирует таким образом. Поэтому экологические издержки производства весьма значительны.

Правило Аллена

Животные, обитающие в холодных климатических условиях, сталкиваются с серьезной проблемой потери тепла. Потеря тепла организмом в основном происходит вблизи внешней поверхности или кожи. Таким образом, чем больше площадь поверхности тела по отношению к его общему размеру, тем больше тепла будет теряться с поверхности тела, и наоборот.

Видя, что подобные факты повторяются снова и снова среди многих видов, в 1877 году американский зоолог Джоэл Азаф Аллен опубликовал свои выводы о том, что среди географических рас одного вида некоторые конечности животных относительно короче в более холодных частях ареала вида, чем в более теплых. Под конечностями в основном подразумевались руки, ноги, уши и морда или нос. Утверждения Аллена были приняты научным сообществом, поэтому сегодня студентам-экологам преподают правило Аллена.

Закон Гаузе

Закон Гаузе или принцип конкурентного исключения гласит, что 2 вида, конкурирующие за один и тот же ресурс, не могут сосуществовать при постоянном уровне численности. Конкуренция между двумя видами приводит либо к вымиранию более слабого конкурента, либо к эволюционным или поведенческим изменениям в одном или обоих видах, в результате чего они начинают осваивать как минимум несколько разные экологические ниши.

Правило Глогера

Темные пигменты увеличиваются у рас животных, живущих в теплой и влажной среде обитания. Среди видов животных, подтверждающих это правило, есть и человечество.

Было выдвинуто зоологом по имени Константин Вильгельм Ламберт Глогер в 1833 году. Это правило разработано на основе совместной вариации климата и цвета оперения птиц. Оно гласит, что птицы и млекопитающие, живущие в теплом влажном климате, содержат больше меланина и поэтому имеют более темную кожу или перья, чем представители того же вида, обитающие в более холодных и сухих районах. Это правило подтвердилось более чем у 90 % из 52 видов птиц Северной Америки.

Правило Бергмана

Правило Бергмана было выдвинуто в честь немецкого биолога Карла Бергмана. В 1847 году он описал различия в физиологии организмов в зависимости от климатических условий, в которых они обитают. Это правило гласит, что среди разновидностей гомойотермных видов, чем выше средняя температура среды обитания, тем меньше размер его тела. Животные, приспособленные к холоду, обычно крупные, поскольку из двух животных одинаковой формы более крупное имеет меньшую площадь поверхности для рассеивания тепла по отношению к своей массе.

Правило Торсона

Правило Торсона — экогеографическое правило, согласно которому бентические морские беспозвоночные в низких широтах обычно производят большое количество яиц, развивающихся до пелагических (часто планктотрофных [питающихся планктоном]) и широко рассеивающихся личинок, тогда как в высоких широтах такие организмы обычно производят меньше и больше лецитотрофных (питающихся желтком) яиц и более крупное потомство, часто живородящее или ововидное, которое часто высиживается.

Изначально это правило было установлено для морских донных беспозвоночных, но оно также применимо к группе паразитических плоских червей, моногеней — эктопаразитов на жабрах морских рыб. Большинство низкоширотных видов Моногенеи производят большое количество реснитчатых личинок. Однако в высоких широтах виды полностью живородящего семейства Гиродактилюсы, которые производят мало нецилиарного потомства и очень редки в низких широтах, составляют большинство жаберных моногеней, т.е. около 80-90% всех видов в высоких северных широтах, около трети всех видов в антарктических и субантарктических водах, против менее 1% в тропических водах. Данные, собранные А.В. Гусевым в 1978 году, показывают, что Гиродактилюсы также могут быть более распространены в холодных, чем тропических пресноводных системах, что позволяет предположить, что правило Торсона может быть применимо к пресноводным беспозвоночным.

Закон Либиха или закон минимума 

Достижимый урожай зависит от того, какое питательное вещество является наиболее лимитирующим.

Источник: ug.ru

Для большинства не бобовых культур (кукуруза и пшеница) азот часто считается самой важной утечкой, которую нужно заткнуть, и это в целом правильное мнение. Простое устранение утечки азота без учета других утечек в плотине может привести к значительным потерям урожая. Утечка азота может быть надежно закупорена, но есть еще значительные утечки из-за недостаточного количества калия и фосфора. Чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций в удобрения, важно обеспечить устранение как можно большего количества утечек.

Правило Джордана

Численность позвоночных морских рыб увеличивается по градиенту от тропиков к более прохладной воде в высоких широтах. Этот закон широко объясняется температурой окружающей среды в период онтогенеза отдельных позвоночных рыб. Другие аспекты развития и экологии рыб, такие как размер, филетическая позиция, форма тела, способ плавания, также находят подтверждение этому закону. Число позвонков — меристический признак, широко используемый в таксономии и изучении разнообразия рыб.

Закон толерантности Шелфорда

Рост и развитие организмов могут быть ограничены не только слишком малым количеством элемента или слишком низким уровнем экологического фактора, но и слишком большим количеством этого элемента в высокой интенсивности.

Закон гласит, что успех выживания организма зависит от сложного набора условий, и каждый организм имеет определенные минимальные и максимальные лимитирующие воздействия для экологического фактора, а между максимумом и минимумом лежит диапазон или градиент, который известен как предел толерантности или оптимум экологического фактора.

Источник: secret-dolgolet.ru

Максимальный и минимальный пределы толерантности — уровни интенсивности фактора, при которых может выжить только половина организмов. Эти пределы иногда трудно определить, так как, например, при низкой температуре организмы могут переходить в неактивное, спящее или гибернационное состояние, из которого они могут снова выйти, когда температура поднимается выше порога, при высоких температурах может происходить аналогичная инактивация или астивация до достижения летального уровня. Даже в отсутствие спячки обычно существуют зоны физиологических стрессов, прежде чем достигается предел толерантности.

Закон Линдемана о трофических уровнях

Закон Линдемана широко известен как закон 10 процентов. Был введен Раймондом Линдеманом в 1942 году; только 10% общей энергии органической пищи переходит с одного трофического уровня на другой. Оставшаяся энергия используется организмами для регулирования их метаболических процессов. Растения поглощают 1% солнечной энергии для первичного производства, а 10% энергии сохраняется в растениях в виде чистой продукции, доступной для травоядных. Когда растения потребляются травоядными, 10% энергии, содержащейся в пище, фиксируется в организме животных, а когда травоядные потребляются плотоядными следующего трофического уровня, передается только 10% чистой продукции. Этот закон считается примитивным, устаревшим и рассматривается как миф в экологических правилах. В 1992 году ученые обобщили результаты многих исследований с довольно широким диапазоном значений — от нескольких % до 20 %.

Кто сформулировал

В книге 1971 года «Замыкающийся круг» эколог и биолог Барри Коммонер дает ясный и понятный пример того, что на самом деле означает экология, и при этом одним из первых бьет тревогу по поводу надвигающегося экологического кризиса. Жизнь Коммонера была посвящена тому, чтобы помочь людям увидеть преимущества экологического мышления.

Примеры

Правило Аллена

Чернохвостый заяц и заяц-беляк используют этот феномен в своих интересах. У чернохвостого обитателя жарких засушливых районов длинные уши, длинные ноги и длинная голова. У зайца-беляка уши гораздо короче по сравнению с размером головы, к тому же сама голова более шарообразная, а ноги относительно короче, чем у чернохвостого зайца.

Еще один пример — короткие уши и коренастые конечности белого медведя.

Закон Либиха или закон минимума

Вода, сдерживаемая плотиной, представляет собой потенциал урожайности. Дыры в плотине представляют собой факторы, ограничивающие урожайность, которые позволяют снижать потенциал урожая по мере их утечки. Задача состоит в том, чтобы определить, какие отверстия протекают, и заткнуть их, чтобы сохранить как можно больший потенциал урожайности.

Правило Глогера

Популяция людей с темной кожей также проживает в теплых климатических районах экваториальной зоны. Темная пигментация кожи, по-видимому, имеет некоторые преимущества в тропических регионах, поскольку толстый слой меланина защищает чувствительные внутренние слои кожи от ультрафиолетовых лучей солнца, поэтому темнокожие люди в жарких регионах находятся в большей безопасности, чем светлокожие. Аналогичным образом, светлокожие люди также предположительно должны иметь некоторое преимущество в холодных регионах, но они более подвержены кожным заболеваниям. Однако среди тибетцев в порядке исключения было обнаружено, что эти группы людей живут в более холодных климатических условиях, в которых их среда обитания находится дальше от экватора, но при этом у них более темный цвет кожи. Это связано с очевидной адаптацией к чрезвычайно высокому ультрафиолетовому облучению от кристаллов льда на Тибетском плато.

Правило Бергмана

Отношение площади поверхности к объему у эндотермических птиц и млекопитающих, обитающих в холодных климатических условиях, обычно меньше, чем у животных более теплых регионов. Примером тому служат более крупные размеры белых медведей по сравнению с очковыми медведями, обитающими вблизи экватора, длина пингвинов острова Галапагос меньше, чем пингвинов арктического региона.

Применимость правила Бергмана к человеку достаточно хорошо установлена. Робертс Д.Ф. (1952), изучив выборку мужчин и женщин из Нового и Старого Света, обнаружил значительную отрицательную корреляцию между массой тела и среднегодовой температурой. Эти различия в телосложении отчасти являются дифференциальной реакцией роста на различия в окружающей среде. Уменьшение роста у мигрантов из умеренного в тропический климат. Соотношение масса/площадь тела ниже в тропических группах. В среднем люди, обитающие вблизи холодных арктических полюсов, такие как алеуты, саамы, инуиты, имеют более тяжелое телосложение, чем те, кто живет в средних широтах.

Закон толерантности Шелфорда

Углекислый газ необходим для роста всех зеленых растений, и небольшое увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере при определенных обстоятельствах увеличит скорость роста растений, но значительное увеличение концентрации углекислого газа уменьшает потребление воды и снижает концентрацию азота и белка в тканях, что скажется на сельскохозяйственном производстве и урожайности.

Правило Торсона

Если говорить о птицах Северного полушария, то Правило Торсона гласит, что среднее количество яиц в кладке, откладываемой певчими и некоторыми другими видами птиц, увеличивается по мере продвижения на север по широте. Такое положение вещей, вероятно, сложилось для того, чтобы уравновесить тот факт, что на севере певчие птицы могут высиживать только один выводок за сезон, в то время как южнее возможны два, три или более выводков.