Основные экологические законы

При создании собственных проектов в жанре спекулятивной биологии авторы могут существенно видоизменять окружающую среду на Земле (если речь о нашей планете) или создавать другие планеты, с сильно отличающейся от нашей биосферой. Однако, для научной достоверности авторам следует применять или, по меньшей мере, быть осведомлёнными об основных принципах, в частности, об экологических законах. Они относятся ко всем составляющим известной нам биосферы, и хотя нам на данный момент неизвестны формы жизни на других планетах, можно предположить что они касаются жизни в целом. Поэтому, даже в мирах с сильно отличающейся биохимией, данные законы могут приниматься как условность, позволяющая создать правдоподобное произведение.

Принцип экологического соответствия

Суть данного принципа выражается следующим: форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни. Это означает, что внешний облик и внутреннее строение являются прямым следствием материальных условий существования. Исключения не составляют даже формы жизни, выводимые в условиях искусственного отбора (породы домашних животных, культуры растений), поскольку условиями среды в данном случае является деятельность человека, обусловленная его потребностями.

Правило О. Ч. Марша

Это правило формулируется следующим образом: быстрее вымирают более специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейшей адаптации снижены. Это связано с тем, что генотип более специализированных организмов постепенно обедняется, в результате чего те имеют меньше генетического материала, чтобы приспосабливаться к новым словиям среды. Поэтому, при изменении окружающей среды у глубоко специализированного вида может не оказаться генов, позволяющих ему выжить, а вместо этого выживут те виды, которые не специализированы на каком-то одном источнике питания или специфичном образе жизни.

Закон минимума Либиха (бочка Либиха)

Этот закон гласит, что популяция (напомню, что единицей эволюции и экологии является не вид, а популяция) определяется минимальным ограничивающим фактором или, как его ещё называют, лимитирующим фактором. Довольно легко визуализировать этот закон, сравнив популяцию с бочкой с водой, в стене которой есть отверстие, откуда эта вода выливается. Чтобы вы ни делали, рано или поздно вода остановится на уровне отверстия.

Примером такого закона может послужить размер животного: максимальное его значение рано или поздно упрётся в гравитацию и плотность среды, лишив существо способности передвигаться.

Закон толерантности Шелфорда

Является дополнением к закону Либиха. Гласит, что популяция определяется не только минимальным, но и максимальным фактором.

Примером может послужить концентрация кислорода в атмосфере: при слишком большой его концентрации начнут вымирать организмы, привыкшее к более низкой.

Два упомянутых выше закона являются основой экологии и, дополняя друг друга, определяют толерантность популяции, то есть границы её развития. Можно опять вспомнить тот же кислород: не только высокая концентрация губительна, низкая концентрация ослабит кислородный этап катаболизма - основной способ получения энергии.

Закон оптимума

Это и есть закон о толерантности вида с небольшими дополнениями. В частности, здесь вводится оптимум - среднее, наиболее благоприятное для развития популяции, значение фактора среды, в котором численность популяции будет максимальной. Зоны, где развитие популяции замедляются, называются зонами пессимума. В итоге, основываясь на законе оптимума, можно составить график, который будет представлять собой нормальное распределение (кривую Гаусса).

Закон пирамиды энергии

Этот закон гласит, что при повышении трофического уровня переходит 10% энергии. Давайте разбираться, трофические уровни - это части цепи питания, например, в лесной экосистеме первым трофическим уровнем будут растения, выше стоят растительноядные животные, дальше мелкие хищники и так далее. В ходе питания теряется 90% энергии, что не позволяет хищникам поддерживать высокую численность или большой размер, то есть их биомасса будет более, чем в 10 раз меньше биомассы травоядных.

Стоит помнить, что бывают исключения из этого закона, связанные с тем, что одна из цепей питания будет размножаться с высокой скоростью. Примером могут послужить морские экосистемы, где биомасса зоопланктона превосходит биомассу фитопланктона, так как последний успевает быстро восстанавливать свою численность.

Закон биоразнообразия

Тут всё просто, чем выше разнообразие системы - тем выше её устойчивость, то есть чем больше видов являются частью экосистемы, тем она устойчивее и тем быстрее она восстанавливается после выведения из равновесия.

Также, более разнообразные условия определяют более разнообразный видовой состав, что, думаю, логично.

Закон необратимости эволюции Л. Долло

Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществлённому в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

Принцип конкурентного исключения Гаузе

Два вида не могут занимать одну экологическую нишу на одной территории, рано или поздно один из видов вытеснит другой. Пример: кроманьонец вытеснил неандертальца, вследствие чего последний вымер.

Принцип Ле Шателье-Брауна

Принцип был сформирован не как экологический закон, но применим ко всем системам. Любая система стремится к равновесию - вот сама простая формулировка, является следствием из второго закона термодинамики. То есть при воздействии на систему каким-то фактором, она будет стараться вернуться в равновесие с помощью обратных процессов. Это называется механизмом обратной отрицательной связи.

Правило обязательного заполнения экологических ниш

Любая свободная экологическая ниша с течением времени занимается каким-то организмом. Поэтому о свободных экологических нишах говорят как о краткосрочном явлении.

Закон сохранения энергии

Сложно назвать этот закон экологическим, но не следует его забывать. Как энергия, так и химические элементы, никуда не деваются, а переходят между системами.

(Я говорю о сохранении химических элементов, не учитывая их атомный синтез и распад, так как это не рассматривается в экологии).