Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительного периода времени. Такими факторами являются сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов – температура, влажность, осадки, ветер, наличие укрытии и пищи, хищники, паразиты, конкуренты – очень изменчиво в пространстве и времени. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для свободно живущих хищников ее запасы все время меняются.

Однако в характере воздействия разнообразных экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.

Первая закономерность – закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Границы благоприятного воздействия какого-либо фактора на организм называются зоной оптимума или просто оптимумом для данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума в ту или иную сторону, тем больше выражено угнетающее воздействие фактора на организм (рис. 1).

Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы

Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть.

У каждого вида организмов свои оптимальные значения действия факторов среды и свои пределы выносливости. Так, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха около 80 °C (от +30 до -50 °C), а тепловодные рачки Copilia mirabilis не выдерживают даже незначительных колебаний температуры. Их температурный оптимум лежит в диапазоне от +23 до +29 °C, что составляет всего 6 °C. Более того, внутри вида общая кривая выносливости (кривая оптимума) может незначительно сужаться или расширяться для каждой отдельно взятой особи. Аналогичный пример можно привести относительно другого фактора – солености водоема. Если сравнивать два вида рыб – форель и окуня, то они имеют совершенно разный размах оптимальных значений солености. Форель не выносит даже незначительного ее увеличения, а окунь в этих же условиях чувствует себя прекрасно.

Вторая закономерность – неоднозначность действия фактора на разные функции организма. Один и тот же фактор оказывает различное влияние на функции организма. Так, температура воздуха от +40 до +50 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение, т. е., несмотря на активные обменные процессы, состояние комфорта при повышении температуры окружающей среды не достигнуто.

Яркий пример положительного и отрицательного действия одного и того же фактора на организм – разные температурные требования многих рыб во время созревания икры и молоки (для этих двух процессов нужна разная температура).

Еще пример – изменение температурных требований многих животных и птиц в соответствии с сезонными изменениями природы. Бурый медведь спит при одной температуре, а для активных действий, поиска пищи, размножения нужна другая температура.

Третья закономерность – взаимодействие факторов на организм. Факторы окружающей среды действуют не каждый в отдельности, а взаимно (табл. 1). Взаимодействие различных факторов окружающей среды заключается в том, что изменение интенсивности одного из них может сузить предел выносливости к другому фактору или, наоборот, увеличить его. Например, оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи. Другой пример: жара переносится легче, если воздух не влажный, а сухой. Сильный мороз без ветра человеком или животным переносится легче, в ветреную же погоду при сильном морозе очень велика вероятность обморожения.