Биология и законы развития техники. ТРИЗ

8. Закон толерантности В. Шелфорда

Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

9. Закон лимитирующих факторов. Закон ограничивающих факторов

Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий. Такие уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных особей, определяя их географический ареал. Выявление ограничивающих (лимитирующих) факторов очень важно в практике сельского хозяйства для установления валентности экологической, особенно в наиболее уязвимые (критические) периоды онтогенеза животных и растений.

Закон открыт Ф. Блэкманом (1909).

10. Законы Одума

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и узкий – в отношении другого.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов наиболее распространены.

3. Если условия по какому-либо экологическому фактору не оптимальны, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других факторов.

4. Многие факторы окружающей среды могут стать лимитирующими в критические периоды жизни организмов, особенно в период размножения. Например, зона толерантности у молодых организмов хуже, чем у более зрелых.

11. Закон внутреннего динамического равновесия

Природная система обладает внутренней энергией, веществом, информацией и динамическими качествами, связанными между собой настолько, что любое изменение показателей одного из них вызывает в других или в том же, но в ином месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные такие же перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей природной системы.

12. Закон (правило) 10%

Среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% (от 7 до 17) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы (и теряющего энергию трофического уровня) последствиям.

Трофический уровень – совокупность организмов, объединенных типом питания. Различают пять трофических уровней:

– 1 – продуценты;

– 2 – первичные консументы (растительноядные организмы);

– 3 – вторичные консументы (хищники) и паразиты первичных консументов;

– 4 – вторичные хищники, нападающие на других хищников, и паразиты вторичных консументов;

– 5 – надпаразиты высоких порядков.

13. Экологические пирамиды, Эффект пирамиды, Пирамиды Эльтона

В пищевой цепи количество энергии, получаемой в процессе метаболизма, уменьшается по мере ее переноса с одного трофического уровня на другой. Наиболее продуктивный трофический уровень образуют зеленые растения (первичные продуценты), менее продуктивны растительноядные животные, еще менее – плотоядные. Продуктивность каждого трофического уровня ограничивается продуктивностью уровня, непосредственно ему предшествующего. Поскольку растения и животные расходуют часть энергии на поддержание своего существования, все меньше и меньше энергии передается в результате процессов роста и размножения каждому из вышележащих трофических уровней. Такая необратимая линейная направленность передачи веществ и энергии по пищевым цепям графически изображается в виде пирамиды. См. также Пирамиды Эльтона.

14. Закон (правило) 1%

Изменение энергии природной системы в среднем на 1% (от 0,3 до единицы процентов) выводит систему из статического равновесного состояния.

15. Закон критических величин фактора

Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных величин, особям грозит смерть. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или его популяций в каждый конкретный отрезок времени.

16. Закон относительности действия лимитирующих факторов. Закон Лундегарда – Полетаева

Форма кривой роста численности (объема) популяции (биомассы) зависит не только от одного химического фактора с минимальной концентрацией, но и от концентрации и природы других ионов, имеющихся в среде.

17. Закон одностороннего потока энергии в ценоэкосистемах (биоценозах)

Энергия, получаемая биоценозом, путем эндотермического фотосинтеза автотрофными огранизмами-продуцентами вместе с их биомассой передается гетеротрофным организмам-консументам (сначала фитофагам, от них зоофагам первого порядка, затем второго и третьего порядков) и микроорганизмам-редуцентам. Направление всего этого энергетического потока необратимо и выражено в виде экологической пирамиды.

18. Закон относительной независимости адаптации

Степень выносливости к какому-либо фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие значительные изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима; эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот.

19. Закон покровов (покрытия) тела

Плотность покровов тела млекопитающих и птиц достигает максимума в холодных и засушливых областях. Эта особенность отражает своеобразные адаптации животных – механизмы терморегуляции в условиях экстремального температурного режима.

20. Правило Аллена

Выступающие части тела теплокровных животных (конечности, хвост, уши и др.) относительно увеличиваются по мере продвижения от севера к югу в пределах ареала одного вида. Явление вытекает из принципа уменьшения теплоотдачи при сокращении отношения поверхности тела к объему. Согласно правилу Аллена, теплокровному животному, обитающему в регионах с холодным климатом, необходимо, чтобы сильно выступающие части были короткими, а животным, обитающим в регионах с теплым климатом, напротив, сильно выступающие части тела создают определенную выгоду. Правило является частным случаем правила Бергмана и установлено Дж. Алленом в 1877 г.

21. Правило Бергмана

В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные (теплокровные) с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях (подтверждается у позвоночных животных в 50% случаев, из которых 75—90% – птицы). Правило отражает адаптацию животных к поддержанию постоянной температуры тела в различных климатических условиях: у более крупных животных отношение площади поверхности тела к его объему меньше, чем у мелких, поэтому меньше расход энергии для поддержания той же температуры, что особенно важно при низких температурах. Чем крупнее животное и чем компактнее форма тела, тем легче ему поддерживать постоянную температуру; чем мельче животное, тем выше уровень его основного обмена. По мнению некоторых авторов, человек также подчиняется правилу Бергмана. Правило сформулировано К. Бергманом в 1847 г. Является следствием правила поверхностей.

22. Правило Поверхностей

Отношение продуцируемого тепла к единице поверхности тела (в м

) большинства гомойотермных животных выражается приблизительно одинаковыми величинами (порядка 1000 ккал/24 ч). Эмпирически доказано, что средняя величина теплопродукции, которую можно оценивать по количеству потребляемого кислорода, связана с величиной теплоотдачи; последняя тем больше, чем меньше животное. В связи с тем, что масса (объем) растет пропорционально кубу, а поверхность – лишь квадрату поперечника (диаметра), у мелких животных на единицу массы приходится относительно большая поверхность, нежели у крупных. В связи с этим относительная отдача тепла в окружающую среду мелкими животными выше, что и компенсируется увеличенной теплопродукцией. В экологии и биогеографии. Правило сформулировано Ш. Рише в 1899 г. и уточнено М. Рубнером в 1902 г.

23. Биоклиматический закон (А. Хопкинс, 1918)

По мере продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на четыре дня на каждые 1 градус широты, 5 градусов долготы и примерно 100 м высоты.

24. Принцип Олли

Для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. К. Олли сформулировал принцип в 1937 г.

25. Закон влияния масс

Закон химической кинетики, согласно которому эффект химического вещества прямо пропорционален его концентрации и реакция А + В = С достигает равновесия сразу, если реализуется условие.

Экстраполируя это отношение на экосистемы, можно заменить концентрацию веществ на степень доминирования видов в системе, и тогда можно выявить соотношения видов в биоценозе.

26. Закон Глогера

Виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще всего черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла. Например, большая часть оперения пигментов, покровов тела морского льва (Otaria jubata) темной окраски. Закон выявлен К. Глогером в 1833 г.