Сегодня, когда экологическое образование дети начинают получать в начальной школе, а в средствах массовой информации вопросы экологии занимают не последнее место, экология все еще остается молодой, сложной и загадочной наукой. Ее научная база не так велика, а сложные модели запутаны. Тем не менее знание и понимание основных законов в этой области – это основа мировоззрения современного человека. В данной статье будет рассмотрен один из главных законов экологии – закон минимума, сформулированный задолго до формирования самой науки.
К истории открытия
Закон минимума сформулировал в 1840 году выдающийся химик, профессор Гессенского университета (Германия) Юстас фон Либих. Этот ученый и выдающийся педагог известен еще и изобретением холодильника Либиха, которым и сегодня пользуются в химических лабораториях для фракционного разделения химических соединений. Его книга «Химия в приложении к земледелию» фактически дала начало науке агрохимии, а ему - титул барона и два ордена Святой Анны. Либих изучал выживаемость растений и роль химических добавок в ее повышении. Так им был сформулирован закон минимума или лимитирующего фактора, который оказался верным для всех биологических систем. И не только для биологических, что продемонстрируем на примерах.
Немного теории
В экологии факторами среды считают те, которые оказывают какое-либо воздействие на организм. Физические и химические факторы (абиотические) – это температурный режим, влажность, свет, давление, рН среды и другие показатели неживой природы. Все формы воздействия и взаимоотношений живых организмов между собой относятся к биотическим факторам. Это и конкуренция за ресурсы, и наличие паразитов, и внутривидовая борьба за выживание. Кроме того, существуют еще и антропогенные факторы – условия, создаваемые людьми и их хозяйственной деятельностью. Они также могут быть биотические и абиотические. Факторы среды бывают регулярно-периодическими, меняющими силу в соответствии со сменой времени суток, сезонов года или приливов с отливами. В таком случае адаптация организма носит наследственный характер, сформировавшийся за довольно длительный период. Они могут быть нерегулярными, как бури или смерчи. И тогда происходит перераспределение видового разнообразия.
Зона комфорта
Чаще всего экологические факторы переносятся организмами в некоторых пределах, которые ограничены пороговыми показателями, за которыми наступает угнетение жизнедеятельности организма. Это критические точки существования. Между ними находятся зоны толерантности (терпимости) и зона оптимума (комфорта) – диапазон благотворного влияния фактора. Точки минимума и максимума воздействия экологического фактора определяют возможности реакции организма на конкретный фактор. Выход за пределы зоны оптимума может привести к следующему:
- устранению вида с конкретного ареала (например, сдвиг популяционного ареала или миграция вида);
- изменение плодовитости и смертности (например, при резких изменениях условий окружающей среды);
- к адаптации (приспособлению) и возникновению новых видов с новыми фенотипическими и генетическими особенностями.
Суть закона минимума
Жизнь биологической системы, будь то организм или популяция, зависит от действия множества факторов биотического и абиотического характера. Формулировка закона минимума может варьировать, но суть остается постоянной: когда какой-либо фактор существенно отклоняется от нормы, то именно он становится наиболее значимым для системы и самым критическим для жизни. При этом лимитирующими факторами для организма в разные периоды времени могут выступать различные показатели.
Варианты возможны
Все живые организмы живут и приспосабливаются к комплексу факторов окружающей среды. И воздействие факторов этого комплекса всегда неравнозначно. Фактор может быть ведущим (очень важным) или второстепенным. Ведущими для разных организмов будут разные факторы, а в разные периоды жизни одного организма для него основными могут быть определенные экологические факторы. Кроме того, одни и те же факторы могут быть лимитирующими для одних организмов и не лимитирующими для других. Например, солнечный свет для растений – это необходимый элемент для обеспечения процессов фотосинтеза. А вот для грибов, почвенных сапротрофов или глубоководных животных он совсем не обязателен. Или наличие кислорода в воде будет лимитирующим фактором, а его наличие в почве – нет.
Условия применения
Закон минимума ограничен в применении двумя вспомогательными принципами:
- Закон применим без уточнений только к равновесным системам, а именно только в условиях стационарного состояния системы, когда обмен энергией и веществами системы с окружающей средой регулируется их утечкой.
- Второй принцип применения закона минимума связан с компенсаторными возможностями организмов и систем. В определенных условиях лимитирующий фактор может быть заменен не лимитирующим, но присутствующем в достаточном или высоком содержании. Это приведет к изменению потребности в том веществе, которое имеется в минимальном количестве.
Наглядная иллюстрация
Наглядно показывает действие этого закона бочка, названная именем ученого. В этой поломанной бочке лимитирующий фактор - это высота досок. В соответствии с экологическим законом минимума починку ее необходимо начинать с наименьшей доски. Именно она и является тем фактором, который наиболее удалился от нормальных значений, оптимальных для выживания организма. Без устранения воздействия этого фактора нет смысла наполнять бочку – другие факторы не так существенно влияют в данный момент времени.
Где тонко – там и рвется
Именно эта пословица передает суть закона минимума в экологии и не только. Например, в сельском хозяйстве учитываются показатели содержания минеральных веществ в почвах. Если в почве только 20 % фосфора от нормы, кальция – 50 %, а калия -95 %, то вносить надо в первую очередь удобрения, которые содержат фосфор. В дикой природе для оленя летом лимитирующим фактором будет количество пищи, а зимой – высота снежного покрова. Или для сосны, которая растет в тенистом лесу, ограничивающим фактором будет свет, на сухом песчаном грунте – вода, а в болотистой местности – температура летом.
Еще такой пример, не относящийся к экологии. Если правый защитник в команде является самым слабым, то именно с его фланга вероятнее всего прорвется противник. Это верно в спорте, в искусстве, в бизнесе. Существенной ошибкой бизнесменов часто становится недооценка того вреда, которую наносит слабый работник даже на второстепенных должностях. Ведь недаром говорят, что качество фирмы определяется качеством ее самых плохих сотрудников. А прочность цепочки всегда зависит от ее самого слабого звена.
