Экологиялық факторларға қатысты организмдердің экологиялық топтарға жіктелуін түсіндіру

Практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нұсқаулар
Тақырып І Аутэкология–дара организмдер экологиясы.
Мақсаты: Дара организмнің немесе организмдер топтарының өзара және қоршаған орта жағдайларымен қарым-қатынас заңдылықтарының мәнін ашу.
Аутэкология–қандай да бір түрге жататын дара организмнің немесе организмдер топтарының қоршаған орта жағдайларымен қарым-қатынасын зерттейді.
Тіршілік орталары және экологиялық факторалр
Тіршілік ортасы– кез келген организмнің өсіп-өніп, көбеюіне, ұрпақтарын жалғастыруға қолайлы табиғи, тарихи қалыптасқан орта.
Тіршілік орталары–құрлық және әуе, су, топырақ және организмдердің өзі.
Экологиялық факторлар және олардың жіктелуі:
Абиотикалық факторлар–табиғаттың өлі компоненттері. Оларға: климаттық (жарық, температура, ылғал, қысым, жел т.б.); геологиялық (зілзала, жанартаулардың атқылауы, мұздықтардың жылжуы, радиоактивті сәулелену); орографикалық (жер рельефі); эдафикалық (топырақ құрылысы, рН, тығыздығы, химиялық құрамы т.б.) факторлар кіреді. Негізінен абиотикалық факторларды: физикалық, химиялық және эдафикалық топтарға бөледі.
Биотикалық факторлар–тірі организмдердің өзара қарым-қатынасы (популяциядағы особтардың өзара және бірлесіктердегі популяциялар арасындағы байланыстар).
Антропогенді факторлар–адамның іс-әрекеті нәтижесінде қоршаған ортаға тікелей немесе жанама тиетін әсерлер.

Бақылау сұрақтар.
1. Аутэкология нені зерттейді?
2. Тіршілік ортасы дегеніміз не?
3. Тірі организмдер тіршлік ететін орталарды сипаттаңыз.
4. Экологиялық факторлар дегеніміз не?
5. Абиотикалық факторларды сипаттаңыз.
6. Биотикалық факторларға түсініктеме беріңіз.
7. Антропогендік факторларға мысал келтіріңіз.

Тақырып ІІ Экологиялық факторлардың организмдерге әсер ету заңдылықтары
Мақсаты: Негізгі экологиялық шектеуші факторлар және оларға организмдердің бейімделу заңдылықтарын айқындау. Экологиялық факторларға қатысты организмдердің экологиялық топтарға жіктелуін түсіндіру.
Шектеуші факторлар. Ю.Либих және В.Шелфорд заңдары Минимум заңын 1840 жылы немістің, химик ғалымы Ю.Либих ашты. Ол өсімдіктің өнімділігі (түсімі) факторлардың ішіндегі ең аз шамаға тәуелді болатындығын дәлелдеді. Мысалы, бор–өсімдіктерге ең қажетті қоректік элемент. Топырақтың құқрамында бор әрқашан аз мөлшерде болады. Бір дақылды ұзақ жылдар бір жерде өсірудің салдарынан, топырақтағы бордың қоры азайып кетеді. Топырақта басқа бордың жетіспеуінен өсімдік өсіп-даму процесін тоқтатады.
Кейіннен Минимум заңын тек өсімдіктер үшін ғана емес, басқа да организмдердің осындай экологиялық факторлардың әсерінен өзгеріске ұшырауын шектеуші немесе лимиттеуші фактор деп атаған. Шектеуші факторлар ең төменгі немесе ең жоғарғы шегіне жеткен уақытта организмдер тіршілігін тоқтатады.
Әрбір экологиялық факторларға төзімділік шегі болады, ол ең жоғарғы шек (максимум) және ең төменгі шек (минимум), ал орташа шегі (оптимум) дер аталады. Бұл түсінікті 1913 жылы американ ғалымы В.Шелфорд ұсынғын.
Оны төзімділік заңы немес толеранттық заңы деп атайды. Мысалы, дызылдақ қоңыз көбейерде немесе жұмыртқа саларда өзіне ыңғайлы жерді іздейді. Мәселен, қоңыз жұмыртқасы борпылдақ, шіріндісі аз топыраққа салыну керек. Топырақтың ылғалдылығы мен температурасының өзгеру шегі төмен, жарық аз болу керек. Егер осы айтылған жағдайлар сәйкес келмесе қоңыз жұмыртқасын салмайды, ал салған уақытта да одан шыққан ұрпақтар өліп қалады.
Түрдің экологиялық валенттілігі. Организмдерді түрлі ортада өмір сүру қабілеттіліне байланысты: эврибионтты және стенобионтты деп бөледі. Әртүрлі климаттық жағдайларда қалыпты тіршілігін жалғастыра беретін организмдерді – эврибионттар, ал тіршілік орталар мен экологиялық факторларға талғамы жоғары организмдерді – стенобионттар деп атайды.
Негізгі экологиялық шектеуші факторлар мен оларға организмдердің бейімделуі.
Жарық–жертбетіне жеткен күн сәулесі, бір жағынан планетада жылу балансын тепе-теңдікте ұстап тұратын негізгі энергия қоры болса, екіншіден, зат алмасу, энергия алмасу, органикалық заттарды құру және оны басқа түрге айналдыру процесінде өте маңызды роль атқарады.
Күн сәулесі түрлі толқын ұзындықтағы электромагниттік толқын ұзындықтардан тұрады. Оның биологиялық әсері толқындардың ұзындықтарына, күшіне, тәулікке және маусымдық жарық ерекшеліктеріне байланысты болады.
Күн сәулесі биологиялық әсеріне қарай үш түрлі ұзындықтардан құралған, олар: ультракүлгін, көзге көрінетін және инфрақызыл сәуле.
1. Ультракүлгін сәуле–толқын ұзындықтары 0,005-0,4 мкм аралығында болады. Адамның көзіне көрінбейді. Ұзындығы 0,29 мкм-ге дейінгі сәулелер (қысқа толқынды) тірі организмдердің өміріне өте қауіпті. Қысқа толқынды ультракүлгін сәулелер басқа да иондаушы сәулелену сияқты, квант энергиясына ие. Ол молекулалардағы электростатикалық байланыстарды үзумен қатар, атомдар арасындағы иондық және коваленттік байланыстарды үзеді. Осы процестерде түзілген молекулалардың бөлшектері бос валентті байланыстармен қалады. Оларды бос радикалдар деп атайды. Бос радикалдар өте ырықты болады. Олар клеткада әртүрлі молекулалармен (ДНҚ, РНҚ т.б.) қосылыстар түзіп, клеткадағы зат алмасу процестерін бұзып, мутациялық процестерді тудырады. Осының салдарынан түрлі ісік ауруларды тудырады.
Атмосферадағы озон қабаты қысқа толқында ультракүлгін сәулені сіңіріп, жер бетіне жібермейді. Осы қасиетіне байланысты Жер бетінде тіршілік бар.
Жер бетіне ұзындығы 0,3-0,4 мкм аралығындағы аздаған сәуле жетеді. Бұл сәулелер жазық жермен салыстырғанда таулы аудандарда көбірек болады.
Ұзын толқынды ультракүлгін сәулелер – тірі организмдер үшін пайдалы, яғни, өсімдіктер мен жануарларда болатын бактерияларды өлтіріп, оларды ауру-сырқаудан сақтайды. Жануарлар мен адамдарда Д витаминінің синтезін күшейтеді. Терінің астындағы меланин пигментінің синтезін күшейтеді. Меланин пигменті тірі организмдерді қауіпті қысқа толқынды ультракүлгін сәуледен қорғайды.
2. Көзге көрінетін сәуле– толқындардың ұзындықтары 0,4-0,75 мкм аралағында болады. Жер бетіне жететін күн сәулесінің тең жартысы көзге көрінетін сәуле. Оның тіршілік үшін маңызы зор. Өсімдіктер бұл сәулені фотосинтез процесіне пайдаланып, басқа организмге қажетті қорек заттар өндіреді.
3. Инфрақызыл сәуле– (инфо-лат. Тілінде төменде, астында) толқындардың ұзындықтары 0,76-350 мкм аралағында болады, көзге көрінбейді. Инфрақызыл және көзге көрінетін сәулелерден айырмашылығы, олардың жылуының көптігінде. Яғни, инфрақызыл сәуле жылу энергиясыеың негізгі көзі болып табылады. Бұл сәулені табиғатта кез-келген зат шашады. Өйткені олардың молекулалары бір қалыпта тұрмай, ерсілі-қарсылы қозғалыста болып, жан-жақа жылу таратады. Ауаның температурасы көтерілген сайын, инфрақызыл сәуленің энергиясы да көбейе түседі.
Температурасы жоғары зат инфрақызыл сәулені көп шашып басқаның сәулесін өзіне аз сіңірсе, температурасы төмен зат керісінше инфрақызыл сәулені аз шашып, басқаның шашқан сәулесін (жылуын) көп сіңіріп жылынады.
Инфрақызыл сәуле жет бетінің жылуын әлемге әкетіп оның салқындауына себепші болады.
Аспанда бұлт қалың болса инфрақызыл сәуле оларға шағылысып, әлемге тарап кетпей, жер бетіне қайта оралады. Қыс айларында бұлтты күрдері ашық күнмен салыстырғанда жылы болып көрінуі соның салдары.
Адамдар және басқа организмдер инфрақызыл сәулені бойланына сіңіріп жылынады. Салқын қандылар (кесіретке, жылан, шыбын-шіркей) күн сәулесіне жылынып, денелерінің температурасын көтереді.
Инфрақызыл сәулені техникада: азық-түлік кептіруге, қараңғыда суретке түсіруге, снаряд пен зымырандарды нысанаға бағыттауға, жасырынған қарсылыстарын табуға; ғылымда: заттың молекулалық құрамын анықтауға, басқа планетаның температурасын зерттеуге т.б. мақсатта пайдаланады.
Өсімдіктер үшін жарық фотосинтез процесін жүргізуге қажетті негізгі энергия көзі болып табылады.
Өсімдіктерді жарық режиміне қарай бірнеше экологиялық топтарға жіктейді:
Гелиофиттер (жарық сүйгіш өсімдіктер)–ашық күн сәулесі түсетін жерлерде өседі.
Сциофиттер (көлеңке сүйгіш өсімдіктер)–қалың орман, тоғайлардың төменгі ярустарында өседі.
Факультативті гелиофиттер–көлеңкеге төзімді өсімдіктер. Бұл топтағы өсімдіктер күн көзі қатты түсетін ортада және көлеңкелі жерде де өсуге бейімделген.
Жануарлар үшін де жарық маңызды роль атқарады. Сигналдық маңызы жағынан, жарық организмдердің беімделу жүйесін реттейді.
Жануарлардың кейбір түрлері күндіз, енді біреулері түнде немесе кешкі ымырт уақытында белсенді болады. Тәуліктің ұзақтығына байланысты организмдер (негізінен өсімдіктер) қысқа күндік және ұзын күндік деп бөлінеді.
Организмдердің күн мен түннің өзгеруіне байланысты жарықтың өзгерту процесін қабылдау қасиетін фотопериодтылық деп атайды.
Температура. Тірі организмдердің температурасы қоршаған ортаның температурасына тәуелді болады. Яғни, зат алмасу процесін қамтитын барлық химиялық реакциялардың жылдамдығы қоршаған ортаның температурасына тәуелді болады. Вант-Гоффтың заңына сәйкес, егер температура 100С көтерілсе, химиялық реакциялар екі-үш есе жеделдейді.
Негізінен, көптеген организмдердің тіршілік ету шегі 0 ден +500С дейінгі шамада болады. Бұл клетка цитоплазмасының қасиетіне байланысты. Оның ішінде белоктың қызметіне, клетка мембраралары және клетканың басқа да макромолекулалық комплекстеріне, сондай-ақ, клетка метоболизмдегі биохимиялық реакцияларға тәуелді.
Алайда, көптеген организмдердің арнаулы ферменттік жүйелерінің болуына байланысты, олардың 120 дан +1400С дейін төзімділік шегі жоғары болады. (споралар, бактериялар). Сонымен қатар, көптеген организмдер минус 190-2730С тіршілік орталарына бейімделген. Организмдердің суыққа төзімділігі клеткадағы суға байланысты.
Неғұрлым клетка шырынында су аз болса, соғұрлым суық температураға төзімді, керісінше, неғұрлым клеткада су көп болса, соғұрлым организм суыққа төзімсіз болады.
Температураға қатысты организмдерді: криофильді (төменгі температураға бейімделген) және термофильді (жоғары температураға төзімді) деп бөледі.
Организмдер жылуды негізгі екі көзден: сыртқы (күн энергиясы мен Жердің жылуы) және ішкі (зат алмасу кезінде бөлінетін жылу) алады.
Организмдер температураға қатысты жіктеу:
Пойкилотемді организмдер–денелердің ішкі температурасы тұрақсыз, яғни, сыртқы ортаның температурасына тәуелді болады (микроорганизмдер, өсімдіктер, омыртқасыздар және төменгі омыртқалы жануарлар).
Гомойтермді организмдер–денелердің температурасы сыртқы ортаның температурасына тәуелсіз, яғни организмдерде болатын биохимиялық реакциялардың нәтижесінде түзілген жылуға байланысты болады (құстар мен сүтқоректілер).
Гетеротермді организмдер–олар белсенді кезде дене температурасы тұрақты болады, ал белсенділігі төмендегенде сыртқы ортаның температурасымен қайта теңеліп отырады(аю, кірпі, жарқанат, қалталы жануарлар, суырлар т.б.).
Ылғал, су. Су-жер бетіндегі тірі организмдердің тіршілігіне ең қажетті фактор. Су организмдегі зат алмасу процесін реттейді, жалпы біртұтас организмдердің қалыпты тіршілік етуін қамтамасыз етеді.
Көптеген организмдердің клеткаларында су орташа шамамен 70% құрайды. Клеткадағы су бос (клетканың 95 %) және байланысқан күйде (белокпен байланысқан 4-50%) болады.
Судың негізгі қасиеттері:
-жақсы еріткіш;
-реагент сияқты көптеген химиялық реакцияларға қатысады (полимеризация, гидролиз, фотосинтез процестері т.б.);
-термореттегіш және термостабилизатор сияқты қасиеттерге ие. Яғни, тірі организмдердің
Қоршаған орта температурасының күрт жоғарылауы немесе төмендеуін жеңіл қабылдауын қамтамасыз етіп, денесін қатты қызып кетуінен сақтайды.
-транспорттық роль атқарады–су арқылы организмге қоректік заттардың енуі немесе сыртқа шығарылуы жүзеге асады.
-құрылымдық роль атқарады–клетка цитоплазмасы 60-95% судан тұрады. Бұл клетканың қалыпты формада болуын қамтамасыз етеді. Өсімдіктерде су тургор (эндоплазмалық мембрананың серпімділігін қамтамасыз етеді). Кейбір жануарларда (медуза) гидростатикалық қаңқа ролін атқарады.
Құрылықтағы жануарлардың су режиміне қатысты экологиялық топтарға жіктелуі:
Гигрофильдер–ылғалы мол жерде тіршілік етуге бейімделген жануарлар (қырықаяқ, сона, маллюска, маса, инелік т.б.).
Ксерофильдер–ылғалы аз, құрғақ ортада тіршілік ететін жануарлар (түйе, қарақұйрық, ақбөкен, қарақал, құм мысығы, насекомдар т.б.).
Мезофильдер–орташа ылғалды ортада тіршлік ететін жануарлар (үтқоректілердің, құстардың және насекомдардың көптеген өкілдері).
Су ортасының факторларына байланысты гидробионттарды бірнеше экологиялық топтарға бөледі:
Планктон-судың беткі қабатында оның ағысымен қалқып жүретін ұсақ омыртқасыз жәндіктер. Планктондар: фитопланктондар (диатомды және көк-жасыл балдырлар т.б.) мен зоопланктондарға (шаян тәрізділер, қарапайымдылар, медузалар, моллюскалар, кейбір құрт тәрізділер т.б.) жіктеледі.
Нектондар–судың терең қабаттарында еркін жүзіп жүретін балықтар, т.б. организмдер.
Бентостар–судың түбіндегі субстраттарда (шөгінділерде) тіршілік ететін организмдердің жиынтығы.
Перифитон–суда өсетін өсімдіктердің жапырақтарына жабысып тіршілік ететін организмдер.
Су режиміне қатысты өһсімдіктерді жіктеу:
1.Гидрофиттер (грек. гидор–су, фитон–өсімдік)– сулы ортаға бейімделген өсімдіктер (жебежапрыақ–Sagittira, қамыс–Phragmites, алисма–Alisma). Гидрофиттердің кейбір түрлері су түбіне бекініп, жапырақтары су бетіне қалқып өседі, ал кейбір түрлері түгелімен суға батып, тек олардың гүлдері су бетіне қалқып шығады (валлиснерия–Vallisneria, мүйізжапырақ–Ceratophyllum).
Гидрофиттердің барлық вегетативтік мүшелерінде клеткааралық жүйелер жақсы жетілген, осы ауалық кеңістіктер арқылы олардың денесі оттегімен қамтамасызданады. Толық су қабатында өсетін өсімдіктердің газалмасуы біршама қиын, сондықтан олардың жапырақтары өте жұқа, эпидерма клеткаларында хлоропластары бар, кутикуласы болмайды. Жапырақта түтіктер нашар жетілген немесе мүлдем жоқ, өсімдік суды бүкіл денесімен сіңіреді. Судағы өсімдіктердің ұлпаларында өте жақсы дамыған ауалық клеткааралық қуыстар болады. Сондықтан судағы өсімдіктер еркін суда қалқып жүреді, олар ешқандай механикалық ұлпалардың болуын қажет етпейді. Денесі толығымен суға батып өсетін өсімдіктерді гидатофиттер (грек. гидатос–су) деп атайды.
2. Гигрофиттер (грек гигрос-ылғал)–ылғалы мол топырақта (батпақты шабындықта, өзен арнасында, ылғалды ормандарда) өсетін өсімдіктер, оларға гитатофиттер мен гидрофиттер жатады. Бұлар ылғал тапшылығын сезбейді, сондықтан оларда транспирацияны баяулататын бейімделушіліктер оларда транспирацияны баяулататын бейімделушіліктер жоқ. Жұқа қабырғалы эпидерма клеткалары аздап кутикуланған, устицелер көтеріңкі, жақсы жетілген клеткааралықтары оның булану ауданын ұлғайтады.
3. Мезофиттер (грек. мезос–орташа) –ылғалы жеткілікті қоңыржай жағдайда өсетін өсімдіктер.
4. Ксерофиттер (грек. ксерос–құрғақ)–ылғалдылықтың ауада, топырақта тұрақты немесеуақытша тапшылық жағдайында өсетін өсімдіктер. Оларда денесіндегі судың жетіспеуін реттеу үшін, әртүрлі бейімделушілік ерекшеліктер қалыптасады. Эпидерма клеткаларының сыртқы қабырғалары қалың болып келеді, оның үстін кутикула көмкеріп тұрады. Вегетативтік мүшелер сыртындағы қалың түтіктер, олардың беткі ауданында өзіндік микроклимат қалыптастырады. Жапырақ устицелер көміле орналасқан. Жапырақ тақтасыныңішкі ұлпаларының клеткалары ұсақ, сүректелген, клеткааралықтары болмайды.
Ксерофиттердің тамыр жүйелері топырақ қабаттарында кең және терең таралып, басқа экологиялық топтар пайдалана алмайтын ылғалды сіңіреді. Ксерофиттер екі топқа бөлінеді: суккуленттер және склерофиттер:
Суккуленттер–денесінде су қорын мол жинақтауға қабілетті, сабақтары мен жапырақтарының түрі өзгерген тропикалық аймақтарда өсетін өсімдіктер (кактус, алоэ, опунция, т.б.)
Склерофиттер–құрғақ, шөл-шөлейтті жерлерде көп кездесетін бұта немесе көпжылдық шөптесін өсімдіктер.
Суккуленттерден ерекшелігі денесінде суды ырықты буландырып өте аз мөлшерде ұстауға тырысады (кәдімгі сексеуіл, тікенек, жусан, изен, түйесіңер, теріскен, ебелек т.б.).
Эдафикалық (топырақ) экологиялық фактор
Топырақ–тіршлік ортасы. Топырақ құрылымы, тығыздығы, тұздылығы, бейорганикалық және органикалық заттардың құрамы, гранулометриялық құрылымы т.б. қасиеттерімен ерекшелінеді.
Топырақтың қышқылдығына байланысты өсімдіктерді: ацидофильдер (топырақтың рН6,7 ортада өсетін өсімдіктер), нейтрофильдер (топырақтың рН=6,7-7,0 ортада өсетін өсімдіктер), базифильдер (топырақтың рН7,0 ортада өсетін өсімдіктер) және индифференттер (топырақтың рН әртүрлі ортада өсетін өсімдіктер) деген топтарға жіктейді.
Топырақ құрамындағы қоректік элементтерге қарай өсімдіктерді мына топтарға бөледі: олиготрофтар (құнарсыз топырақта өсетіндер), эфтрофтар (құнарлы топырақта өсетіндер) және мезотротар (құнарлығы орташа топырақта өсетіндер).
Сонымен қатар, басқа да белгілерге қарай өсімдіктерді: галофиттерге (тұзды топырақта өсетін), нитрофилдерге (азотқа бай топырақта өсетін), литофиттер (тасты жерде өсетін) және псамофиттерге (құмды өсетін) жіктейді.
Жануарларды топыраққа қатысты негізгі үш экологиялық топтарға ажыратады:
Геобионттар–топырақтың тұрақты тіршілік иелері. Олардың барлық тіршілігі топырақта өтеді. Негізгі өкілдері: микроорганизмдер, қарапайымдылар, ұсақ жәндіктер, жауын құрттар т.б.
Геофильдер–тіршілігінің біраз бөлігі топырақта өтеді. Оларға: шегірткелер, қоңыздар, қандалалар, ұзын аяқтылар, масалар т.б. жатады.
Геоксендер–топырақ қабаттарын уақытша немесе тұрағы үшін ғана пайдаланушылар. Оларға: қоңыздар, қандалалар т.б. жәндіктер жатады.
Сондай-ақ топырақта тіршілік ететін тірі организмдерді дене тұрқына қарай мына топтарға бөледі. Олар: микрофауна мен микрофлора (өте кішкентай микроскопиялық организмдер), мезофауна (денелері алдыңғыларға қарағанда ірілеу), макрофауна (ірі организмдер) және мегофауна мен мегафлора (ірі сүтқоректілер және ағаштардың тамырлары).

Бақылау сұрақтары
1. Лимиттеуші факторлар дегеніміз не?
2. Минимум және толеранттық заңдардың мәні неде?
3. Тірі организмдердің тіршілігіне жарықтың, температураның және ылғалдың тигізетін әсері мен маңызы қандай?
4. Жарыққа қатысты организмдердің қалай жіктейді?
5. Жарықтың сигналдық ролін түсіндіріңіз.
6. Температураға қатысты организмді қалай жіктейді?
7. Ылғалға қатысты организмдерді қалай жіктейді?
8. Топыраққа қатысты организмдерді жіктеңіз?
9. Гелиофиттер және сциофиттерге сипаттама беріңіз.
10. Пойкилотермді, гомойтермді және гетеротермді организмдердің қасиеттері мен өзара ерекшеліктерін сипаттаңыз.
11. Ылғалға қатысты өсімдіктерді қалай жіктейді?
12. Кеңістік пен уақыт аралығындағы экологиялық факторлардың әсеріне организмдердің жауап реакцияларын сипаттаңыз.
13. Эдафикалық факторлар дегеніміз не?
14. Стенобионттарға сипаттама беріңіз. Эврибионттардың қасиеттері қандай?
15. Планктон, нектон, бентос және перифитон терминдеріне түсініктеме беріңіз.
16. Геобионттар, геофилдер, геоксендер терминдеріне сипаттама беріңіз.
17. Биологиялық ырғақтар дегеніміз не? Фотопериодтылық дегеніміз не?
18. Маусымдық факторларға байланысты организмдердің бейімделу ерекшеліктері қандай?
19. Циклдық өзгерістер дегеніміз не, олар қалай жіктеледі?
20. Организмдердің толеранттық диапазоны дегенді қалай түсінесіз.