Dzisiaj, kiedy dzieci zaczynają edukację ekologiczną w szkole podstawowej, a kwestie środowiskowe nie są ostatnimi w mediach, ekologia jest wciąż młodą, złożoną i tajemniczą nauką. Jego baza naukowa nie jest tak wielka, a złożone modele są skomplikowane. Niemniej znajomość i zrozumienie podstawowych praw w tej dziedzinie jest podstawą światopoglądu współczesnego człowieka. W tym artykule rozważymy jedno z głównych praw ekologii - prawo minimum, sformułowane na długo przed powstaniem samej nauki.
Do historii odkrycia
Prawo minimum zostało sformułowane w 1840 roku przez wybitnego chemika, profesora na Uniwersytecie Heskim (Niemcy) Eustace von Liebig. Ten naukowiec i wybitny nauczyciel znany jest również z wynalezienia lodówki Liebiga, która do dziś jest używana w laboratoriach chemicznych do frakcjonowania związków chemicznych. Jego książka „Chemia w zastosowaniu do rolnictwa” faktycznie dała początek nauceagrochemii, a dla niego tytuł barona i dwa ordery św. Anny. Liebig badał przeżywalność roślin i rolę dodatków chemicznych w ich wzroście. Sformułował więc prawo czynnika minimalnego lub ograniczającego, które okazało się prawdziwe dla wszystkich systemów biologicznych. I to nie tylko biologicznych, które zademonstrujemy na przykładach.
Trochę teorii
W ekologii czynniki środowiskowe to te, które mają jakikolwiek wpływ na organizm. Czynnikami fizycznymi i chemicznymi (abiotycznymi) są temperatura, wilgotność, światło, ciśnienie, pH środowiska i inne wskaźniki przyrody nieożywionej. Wszystkie formy oddziaływania i relacje między organizmami żywymi są związane z czynnikami biotycznymi. To rywalizacja o zasoby i obecność pasożytów oraz wewnątrzgatunkowa walka o przetrwanie. Do tego dochodzą czynniki antropogeniczne – warunki, jakie stwarzają ludzie i ich działalność gospodarcza. Mogą być również biotyczne i abiotyczne. Czynniki środowiskowe mają charakter regularnie okresowy, zmieniając siłę wraz ze zmianą pory dnia, pór roku czy pływów. W tym przypadku adaptacja organizmu ma charakter dziedziczny, ukształtowany przez dość długi okres. Mogą być nieregularne, jak burze lub tornada. A potem następuje redystrybucja różnorodności gatunkowej.
Strefa komfortu
Najczęściej czynniki środowiskowe są tolerowane przez organizmy w pewnych granicach, które są ograniczone wskaźnikami progowymi, powyżej których następuje zahamowanie życiowej aktywności organizmu. To jestkrytyczne punkty istnienia. Pomiędzy nimi znajdują się strefy tolerancji (tolerancji) i strefa optimum (komfortu) - zakres korzystnego wpływu czynnika. Minimalne i maksymalne punkty oddziaływania czynnika środowiskowego określają możliwości reakcji organizmu na określony czynnik. Wyjście poza strefę optymalną może prowadzić do:
- eliminacja gatunku z określonego zakresu (na przykład zmiana zakresu populacji lub migracja gatunku);
- zmiana płodności i śmiertelności (na przykład z powodu nagłych zmian warunków środowiskowych);
- do adaptacji (adaptacji) i pojawienia się nowych gatunków o nowych cechach fenotypowych i genetycznych.
Istota prawa minimum
Życie systemu biologicznego, czy to organizmu, czy populacji, zależy od działania wielu czynników o charakterze biotycznym i abiotycznym. Sformułowanie prawa minimum może się różnić, ale istota pozostaje ta sama: gdy jakikolwiek czynnik znacząco odbiega od normy, staje się on najistotniejszy dla systemu i najbardziej krytyczny dla życia. Jednocześnie różne wskaźniki mogą działać jako czynniki ograniczające organizm w różnych okresach czasu.
Możliwe są opcje
Wszystkie żywe organizmy żyją i dostosowują się do szeregu czynników środowiskowych. A wpływ czynników tego kompleksu jest zawsze nierówny. Czynnik może być wiodący (bardzo ważny) lub drugorzędny. Różne czynniki będą prowadziły dla różnych organizmów, a w różnych okresach życia jednego organizmu dlaniektóre czynniki środowiskowe mogą być głównymi. Ponadto te same czynniki mogą ograniczać niektóre organizmy, a nie ograniczać innych. Na przykład światło słoneczne dla roślin jest niezbędnym elementem procesów fotosyntezy. Ale w przypadku grzybów, saprotrofów glebowych lub zwierząt głębinowych nie jest to wcale konieczne. Lub obecność tlenu w wodzie będzie czynnikiem ograniczającym, ale jego obecność w glebie nie.
Warunki korzystania
Prawo minimum jest ograniczone w swoim zastosowaniu przez dwie dodatkowe zasady:
- Prawo ma zastosowanie bez wyjaśnienia tylko do układów równowagi, a mianowicie tylko w warunkach stacjonarnego stanu układu, kiedy wymiana energii i substancji układu ze środowiskiem jest regulowana ich wyciekiem.
- Druga zasada stosowania prawa minimum dotyczy zdolności kompensacyjnych organizmów i systemów. W pewnych warunkach czynnik ograniczający można zastąpić czynnikiem, który nie ogranicza, ale występuje w wystarczającej lub wysokiej zawartości. Doprowadzi to do zmiany zapotrzebowania na substancję, która jest dostępna w minimalnej ilości.
Ilustracja ilustracyjna
Beczka, nazwana na cześć naukowca, wyraźnie pokazuje działanie tego prawa. W tej pękniętej beczce czynnikiem ograniczającym jest wysokość desek. Zgodnie z ekologicznym prawem minimum naprawę należy rozpocząć od najmniejszej deski. To ona jest czynnikiem, który najbardziej oddalił się od normalnych wartości optymalnych dla przetrwania organizmu. Bezeliminując wpływ tego czynnika, nie ma sensu napełniać beczki – inne czynniki nie mają w danym momencie tak znaczącego wpływu.
Gdzie jest cienki, tam pęka
To właśnie to przysłowie oddaje istotę prawa minimum w ekologii i nie tylko. Na przykład w rolnictwie brane są pod uwagę wskaźniki zawartości substancji mineralnych w glebach. Jeśli gleba zawiera tylko 20% fosforu od normy, wapń - 50%, a potas -95%, to w pierwszej kolejności należy zastosować nawozy zawierające fosfor. W naturze czynnikiem ograniczającym dla jelenia latem jest ilość pokarmu, a zimą wysokość pokrywy śnieżnej. Lub dla sosny, która rośnie w zacienionym lesie, czynnikiem ograniczającym będzie światło, na suchej piaszczystej glebie - woda, a na bagnistym terenie - temperatura latem.
Kolejny taki przykład, niezwiązany z ekologią. Jeśli prawy obrońca w drużynie jest najsłabszy, to z jego flanki wróg najprawdopodobniej się przebije. Dotyczy to sportu, sztuki, biznesu. Istotnym błędem biznesmenów jest często niedocenianie szkody wyrządzonej przez słabego pracownika, nawet na drugorzędnych stanowiskach. W końcu nie bez powodu mówią, że o jakości firmy decyduje jakość jej najgorszych pracowników. A siła łańcucha zawsze zależy od jego najsłabszego ogniwa.
