Закон минимума. Чему Вас научит Бочка Либиха

Нужно ли больше? Меньше лучше? В заметке 1timer.ru мы попытаемся разобраться в одном из наиболее важных законов экологии ‒ законе минимума. Начнем с основ и постепенно добавим детали.

Закон минимума был открыт еще раньше, чем экология была официально признана наукой. В 1840 г. Его сформулировал Юстас фон Либих, талантливый химик и профессор Гессенского университета, в 1913 г. Закон обобщил и дополнил Шелфорд (закон толерантности). К. А Тимирязев (русский естествоиспытатель) назвал данный закон «величайшим приобретением науки»

Закон минимума Либиха, — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.

Что увидел Либих при сборе урожая зерна

Сферой исследований Либиха была жизнедеятельность растений и значение химических удобрений в увеличении их выживаемости.

При проведении опытов Юстас фон Либих установил, что урожай зерна часто ограничивается не веществами необходимыми растениям сильнее всего. Важнее оказался уровень менее важных минералов, которые соответственно почти не содержатся в почве.

В процессе работы ученым был открыт закон минимума, действующий во всех системах живых организмов.

Как факторы среды влияют на организм

Факторами среды, оказывающие влияние на организм, в науке делятся на несколько категорий:

  • Физические и химические (абиотические). В данную группу входят температура, влажность, солнечный свет, давление (черты неживой природы).
  • Биотические. В данном случае подразумеваются отношения особей и их воздействие одних организмов на другие. В качестве примеров можно назвать борьбу за пропитание, существование паразитов, борьба за выживание внутри видов.
  • Антропогенные факторы. Они появились благодаря человеку и его хозяйственной деятельности. Данные факторы также могут подразделяться на биотические и абиотические.

Экологический фактор бывает регулярным и нерегулярным. В первом варианте он изменяется в зависимости от смены дня и ночи, сезона и чередования приливов и отливов.

Приспособление организма в подобных ситуациях проходит за достаточно долгий срок времени и часто является наследственным, когда каждое новое поколения приобретает новые черты для выживания в изменяющихся условиях окружающего мира.

В результате влияния нерегулярных факторов среды (бури, наводнения, смерчи и т.д.) появляется неожиданная и резкая трансформация разнообразия видов и мест их постоянного обитания.

Живой организм переносит стресс до зоны оптимума

Живой организм относительно хорошо переносит воздействие экологических факторов до тех пор, пока результат их влияния не переходит за пределы (критические точки существования), после которых начинается угнетение его жизнедеятельности.

В диапазоне между данными границами находятся зона отпимума (комфорта) и зоны толерантности (терпимости). В этом промежутке воздействие фактора на особь является наиболее оптимальным.

От границ влияния экологического фактора зависят возможные реакции организма при определенных условиях. Выход за «критические точки» приводит к следующим результатам:

  • Исчезновение вида в пределах одного ареала, например, после его миграции на другие территории более пригодные для проживания.
  • Трансформация соотношения рождаемости и смертности особей (при внезапных и сильных изменениях в природе).
  • Адаптация организмов, которая приводит к появлению новых видов с определенными отличиями на генном уровне. В процессе приспособления особи приобретают закалку, повышенную выносливость, новые способы выживания. Именно способность к адаптации зачастую является определяющим свойством самых сильных и жизнеспособных особей и видов.

Суть закона минимума

На жизнь как отдельного вида, так и системы живых организмов в целом, влияет множество экологических факторов. Но в случае, если какой-либо фактор сильно выходит за привычные пределы, именно он является наиболее важным для системы и самым опасным для её жизнедеятельности в тот момент.

Т.е. выносливость организма связана с характеристиками самого слабого места в её системе. Это краткое описание значения закона минимума. Нужно отметить, что в определенные временные отрезки ограничивающими факторами для особи могут стать абсолютно различные показатели.

Все части живой природы зависимы от целого комплекса реакций окружающей среды. При этом какие-то из факторов становятся ведущими, остальные ‒ второстепенными. Список наиболее важных воздействий определяется особенностями самого живого организма и его зоны оптимума в конкретные временные отрезки существования. В разные моменты главные и менее существенные факторы могут меняться.

Следовательно, один и тот же фактор может стать жизненно необходим для одних существ и несущественен для других. Например, отсутствие солнечного света может лимитировать важнейшую возможность осуществления процесса фотосинтеза для растений.

При этом, например, для животных, обитающих в глубинах морей и океанов, он не играет такой важной роли. В одном случае наличие кислорода в почве будет играть значительную роль, в другом ‒ лимитирующим фактором станет уже содержание кислорода в водной среде.

Когда закон минимума не работает

Использование закона минимума ограничивают два вспомогательных принципа. Во-первых, он действует только для стационарных систем, в которых взаимодействие энергии и веществ зависит от их утечки. Во-вторых, действие закона зависит от компенсаторных способностей системы и её организмов.

Иногда ограничивающий фактор заменяется другим при условии его повышенного содержания. Такая реакция возможна при изменении потребности организма в недостающем веществе. Она обеспечивает выживание организма в условиях полного или практически полного отсутствия определенных веществ.

Бочка Либиха. Где ниже — там и выливается

Наглядной иллюстрацией закона является бочка, получившая свое название от фамилии ученого. Мы увидим разломанную бочку с вытекающей водой. Ограничивающий фактор в данной ситуации ‒ высота досок.

Бочка Либиха иллюстрация

Согласно закону минимума начинать чинить бочку нужно с наименьшей по высоте доски, т.к. в данной ситуации она сильнее всего влияет на возможность «выживания». Без ликвидации проблем с ограничивающим фактором в виде самой короткой доски отсутствует смысл в других способах починки и наполнения бочки.

Не имеет значения и длина остальных досок, т.к. вода все равно будет продолжать выливаться.

Где применять закон минимума в реальной жизни

Смысл закона минимума состоит в том, что любая «поломка» происходит в первую очередь в наиболее слабом месте системы, которое может меняться в зависимости от обстоятельств.

При подборе удобрений в сельском хозяйстве ориентируются всегда на вещество, находящееся в почве в минимальном количестве. При отсутствии фосфора следует подкармливать растения добавками с фосфором, при недостатке кальция ‒ с кальцием. Летом лимитирующий фактор для животного (например, дикого оленя) ‒ количество еды, зимой ‒ высота сугробов и минимальная температура. Кустарники в густом тенистом лесу сильнее всего зависят от солнечного света, в пустыне ‒ от наличия и доступности воды и т.д.

На футбольном поле противники чаще всего забивают голы, прорвав оборону наиболее слабого игрока. А владельцы крупных предприятий часто недооценивают влияние непрофессиональных служащих на незначительных должностях.

Суть закона Либиха очень точно отражена в пословице «Где тонко, там и рвется». Прочность всей цепочки всегда тесно связана с прочностью её самого слабого звена. Поэтому, желая сохранить или усилить свои позиции где-либо, стоит сначала задуматься о наиболее слабых местах проекта либо идеи, чтобы в дальнейшем они не стали основной причиной краха.