Сьогодні, коли екологічна освіта діти починають отримувати в початковій школі, а в засобах масової інформації питання екології займають не останнє місце, екологія все ще залишається молодою, складною і загадковою наукою. Її наукова база не так велика, а складні моделі заплутані. Тим не менш знання і розуміння основних законів у цій області – це основа світогляду сучасної людини. У даній статті буде розглянуто один з головних законів екології – закон мінімуму, сформульований задовго до формування самої науки.

До історії відкриття

Закон мінімуму сформулював у 1840 році видатний хімік, професор Гессенського університету (Німеччина) Юстас фон Лібіх. Цей учений і видатний педагог відомий ще й винаходом холодильника Лібіха, якими і сьогодні користуються в хімічних лабораторіях для фракційного поділу хімічних сполук. Його книга «Хімія в додатку до землеробства» фактично дала початок науці агрохімії, а йому - титул барона і два ордени Святої Анни. Лібіх вивчав виживаність рослин і роль хімічних добавок в її підвищенні. Так їм був сформульований закон мінімуму або лімітуючого фактора, який виявився вірним для всіх біологічних систем. І не тільки для біологічних, що продемонструємо на прикладах.

Трохи теорії

В екології факторами середовища вважають ті, які надають будь-який вплив на організм. Фізичні і хімічні чинники (абіотичні) – це температурний режим, вологість, світло, тиск, рН середовища та інші показники неживої природи. Всі форми впливу та взаємовідносин живих організмів між собою відносяться до біотичних факторів. Це і конкуренція за ресурси, і наявність паразитів, і внутрішньовидова боротьба за виживання. Крім того, існують ще й антропогенні фактори – умови, створювані людьми і їх господарською діяльністю. Вони також можуть бути біотичні і абіотичні. Фактори середовища бувають регулярно-періодичними, що змінюють силу у відповідності зі зміною часу доби, сезонів року або припливів з відливами. В такому випадку адаптація організму носить спадковий характер, що сформувався досить тривалий період. Вони можуть бути нерегулярними, як бурі або смерчі. І тоді відбувається перерозподіл видового різноманіття.

Зона комфорту

Найчастіше екологічні фактори переносяться організмами в деяких межах, які обмежені пороговими показниками, за якими настає пригнічення життєдіяльності організму. Це критичні точки існування. Між ними знаходяться зони толерантності (терпимості) і зона оптимуму (комфорту) – діапазон благотворного впливу фактора. Точки мінімуму і максимуму впливу екологічного фактора визначають реакції організму на конкретний фактор. Вихід за межі зони оптимуму може привести до наступного:

усунення виду з конкретного ареалу (наприклад, зсув популяційного ареалу або міграція виду);

зміна плодовитості та смертності (наприклад, при різких змінах умов навколишнього середовища);

до адаптації (пристосуванню) і виникнення нових видів з новими фенотипическими і генетичними особливостями.

Суть закону мінімуму

Життя біологічної системи, будь то організм або популяція, залежить від дії багатьох факторів біотичного і абіотичного характеру. Формулювання закону мінімуму може варіювати, але суть залишається постійної: коли який-небудь фактор істотно відхиляється від норми, то саме він стає найбільш значущим для системи і самим критичним для життя. При цьому лимитирующими чинниками для організму в різні періоди часу можуть виступати різні показники.

Варіанти можливі

Всі живі організми живуть і пристосовуються до комплексу факторів навколишнього середовища. І вплив факторів цього комплексу завжди нерівномірно. Фактор може бути ведучим (дуже важливим) або другорядним. Провідними для різних організмів будуть різні фактори, а в різні періоди життя одного організму для нього основними можуть бути певні екологічні фактори. Крім того, одні і ті ж фактори можуть бути лимитирующими для одних організмів і не лимитирующими для інших. Наприклад, сонячне світло для рослин – це необхідний елемент для забезпечення процесів фотосинтезу. А ось для грибів, ґрунтових сапротрофов або глибоководних тварин він зовсім не обов'язковий. Або наявність кисню у воді буде лімітуючим фактором, а його наявність в ґрунті немає.

Умови застосування

Закон мінімуму обмежений у застосуванні двома допоміжними принципами:

Закон застосуємо без уточнень тільки до рівноважних систем, а саме тільки в умовах стаціонарного стану системи, коли обмін енергією і речовинами системи з навколишнім середовищем регулюється їх витоком.

Другий принцип застосування закону мінімуму пов'язаний з компенсаторними можливостями організмів і систем. В певних умовах обмежувальний фактор може бути замінений не лімітуючим, але присутні в достатньому або високому вмісті. Це призведе до зміни потреби в тому речовині, яке є в мінімальній кількості.

Наочна ілюстрація

Наочно показує дію цього закону бочка, названа ім'ям ученого. У цій поламаною бочці обмежувальний фактор - це висота дощок. Згідно з екологічним законом мінімуму лагодження її необхідно починати з найменшої дошки. Саме вона і є тим чинником, який найбільше віддалився від нормальних значень, оптимальних для виживання організму. Без усунення впливу цього фактора немає сенсу наповнювати бочку – інші чинники не так суттєво впливають у даний момент часу.

Де тонко – там і рветься

Саме ця прислів'я передає суть закону мінімуму в екології і не тільки. Наприклад, у сільському господарстві враховуються показники вмісту мінеральних речовин у ґрунтах. Якщо в ґрунті лише 20 % фосфору від норми, кальцію – 50 %, а калію -95 %, то треба вносити в першу чергу добрива, що містять фосфор. У дикій природі для оленя влітку лімітуючим фактором буде кількість їжі, а взимку – висота снігового покриву. Або для сосни, яка росте в тінистому лісі, обмежуючим фактором буде світло, на сухому піщаному грунті – вода, а в болотистій місцевості – температура влітку. Ще такий приклад, що не відноситься до екології. Якщо правий захисник в команді є самим слабким, то саме з його флангу найімовірніше прорветься супротивник. Це вірно в спорті, у мистецтві, в бізнесі. Суттєвою помилкою бізнесменів часто стає недооцінка тієї шкоди, яку завдає слабкий працівник навіть на другорядних посадах. Адже недарма кажуть, що якість фірми визначається якістю її найгірших співробітників. А міцність ланцюжка завжди залежить від його найслабшої ланки.