Лекция 1.
Тема: Экология как наука.
План:
1. Экология как наука, ее предмет, задачи, цели и методы.
2. История развития экологии.
1. Экология как наука, ее предмет, задачи, цели и методы. Разделы экологии.
Термин «экология» впервые был введен в 1866 году немецким биологом Э. Геккелем в его книге «Всеобщая морфология организмов». Он состоит из двух латинских слов: «oikos» - дом, местообитание, жилище, и «logos» - наука. В дословном переводе - это наука об организмах у себя дома. Э. Геккель рассматривал экологию как науку, изучающую взаимодействие организмов со средой их обитания. С точки зрения современной биологии жизнь на Земле представлена следующими уровнями организации живой материи: ген - клетка - ткань - орган – организм - популяция - биоценоз (сообщество) - биогеоценоз (экосистема) - биом - биосфера и предметом экологии являются биологические системы от организма до биосферы. Современное определение экологии как науки звучит так:
Экология - это биологическая наука, изучающая формирование, структуру и функционирование биологических систем всех уровней от организма до биосферы и их взаимодействие с окружающей средой.
Экология как наука должна решать следующие задачи:
1. Изучать законы и закономерности взаимодействия организмов со средой их обитания.
2. Изучать формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз), биогеоценоз (экосистема), биосфера.
3. Изучать законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем с окружающей средой.
Цели экологии можно сформулировать следующим образом:
1. Разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;
2. Прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.
Для решения задач, стоящих перед экологией, она использует собственные методы, которые можно разделить на три группы:
1. Полевые методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов естественной среды на природные биологические системы и установить общую картину существования и развития системы.
2. Лабораторные методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и требующие подтверждения в полевых условиях.
3. Экспериментальные методы - это методы, позволяющие изучить влияние отдельных факторов естественной или моделированной среды на естественные или моделированные биологические системы. Они применяются в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами.
В зависимости от типа изучаемой биологической системы в экологии выделяют следующие разделы: учение об особи, организме и их среде (аутэкология), учение о популяциях и их среде (демэкология), учение о сообществах и их среде (синэкология), учение об экосистемах (биогеоценология) и учение о биосфере (глобальная экология).
Промышленная экология изучает влияние техногенной среды на живое вещество и взаимоотношение живого вещества с техногенной средой.
Антропоэкология и социальная экология изучает влияние на человека природных и социальных факторов.
2. История развития экологии.
Всю историю развития экологии можно разделить на пять этапов:
I - этап - накопление экологических сведений о взаимодействии растений и животных со средой - продолжался с глубокой древности до конца XVIII века.
I. Самый длительный I этап в истории экологии, подразделяют на 3 периода:
1 период - период древнегреческих философов.
В их произведениях был обобщен опыт наблюдения человека о его взаимоотношениях с окружающей средой за предыдущий период.
Аристотель описал поведение свыше 500 видов животных и классифицировал их по образу жизни и характеру потребностей.
Его ученик Теофраст Эрезийский, который считается отцом ботаники, описал особенности растений в разных условиях среды, зависимости формы и роста растений от типа почвы и климата.
Известный древнегреческий врач Гиппократ в своих трудах описывал влияние факторов среды на здоровье человека.
2 период - период средневекового застоя.
В этом периоде накопления экологических сведений не происходило, поскольку в науке доминирующей была теологическая теория происхождения жизни, и виды считались неизменными, а влияние среды вообще отрицалось.
3 период - период эпохи Возрождения.
В эпоху Возрождения великие географические открытия послужили толчком дальнейшему развитию естественных наук и экологии в том числе.
В XVI-XVIII веках экологические сведения составляли основную часть отчетов научных экспедиций.
Проблема влияния внешних условий на морфологию животных рассматривается в 13 томах «Естественной истории» Ж. Бюффона и он впервые признает, что превращение одного вида в другой происходит под влиянием внешних факторов.
II этап формирования экологических направлений в рамках ботанической и зоологической географии - продолжался с конца XVIII века до середины XIX века.
Началом II этапа истории экологии считается появление биогеографии, которая состояла из двух разделов: ботаническая география и зоологическая география.
В 1807 году А.Гумбольдт опубликовал книгу «Идеи о географии растений», в которой высказал идею о том, что в сходных географических условиях у растений появляются сходные формы.
В «Философии зоологии» (1809 г.) Ж.Б. Ламарк считал, что влияние внешних условий - главная причина эволюции растений и животных.
Профессор Московского университета К.Ф. Рулье является основателем экологии животных и одним из предшественников Чарльза Дарвина.
Через все его труды проходит мысль, что развитие органического мира обусловлено влиянием изменяющейся внешней среды.
III этап формирования экологии как науки об адаптациях организмов к среде обитания - продолжался с середины XIX века до 20-х годов XX века.
III этап начинается с выхода книги Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» в 1859 г.
Эволюционное учение Ч. Дарвина явилось мощным толчком для развития экологии на качественно новой основе.
Параллельно с развитием аутэкологии возникло новое направление в экологии.
1877 году немецкий гидробиолог Карл Мебиус ввел понятие «биоценоз» или «природное сообщество».
Учение о растительных сообществах в дальнейшем обособилось в отдельную науку - фитоценологию.
В 1910 году на III Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на аутэкологию и экологию сообществ - синэкологию.
В 1913-20 г. были созданы научные экологические общества, основаны экологические журналы, экологию начали преподавать в университетах.
IV этап - становление экологии как общебиологической науки, являющейся теоретической базой охраны природы - продолжался с 20-х по 60-е годы XX века.
IV этап знаменателен тем, что экология сформировалась как общебиологическая наука.
В 1923-27г. В.И. Вернадский создал учение о биосфере как глобальной биологической системе планеты Земля, а в последующем разработал теорию ноосферы, т.е. сферы разума
В 30-40-е годы как самостоятельное направление обособилась экология популяций - демэкология, о снователем которой считается Ч. Элтон.
В 1935 году английский ученый А. Тенсли ввел термин «экосистема», а в 1942 году советский ученый В.Н.Сукачев ввел термин «биогеоценоз».
Количественные методы анализа превратили экологию в точную науку, способную давать объективную оценку состояния природных систем и правильно планировать природоохранные мероприятия.
V. Этап развития глобальной экологии с выделением антропоэкологии (экологии человека) - начался с 60-х годов XX века и продолжается в настоящее время.
V этап. Начиная с 60-х годов экология начала проникать во все сферы человеческого знания и человеческой деятельности.
На границе экологии и других наук начали возникать пограничные науки, такие, как экологическая биохимия, экологическая физиология, математическая экология и др.
Появились промышленная экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология, инженерная экология, экономическая экология, социальная экология, правовая экология и др.
Задания для самоконтроля:
Ответьте на вопросы теста (правильный ответ только один).
1. Когда зародилась экологическая наука?
А. В античные времена.
Б. В эпоху Возрождения.
В. В 19 веке.
Г. Во второй половине 20 века.
2. Что представляет собой современная экология?
А. Это классическая биологическая наука.
Б. Это наука социальная.
В. Это наука о защите окружающей среды от загрязнения.
Г. Это гуманитарная наука о развитии личности и национальной культуры.
3. Кто впервые ввел термин “экология” в науку?
А. Аристотель.
Б. Чарльз Дарвин.
В. Эрнст Геккель.
Г. Владимир Иванович Вернадский.
4. Что служит объектом изучения экологии?
А. Клетки.
Б. Виды микроорганизмов, животных и растений.
В. Надорганизменные системы.
Г. Окружающая среда, влияющая на живые организмы.
5. Аутэкология – это …
А. Экология особей.
Б. Экология популяций.
В. Экология видов.
Г. Экология сообществ.
6. Демэкология - это …
А. Экология особей.
Б. Экология популяций.
В. Экология видов.
Г. Экология сообществ.
7. Синэкология - это …
А. Экология особей.
Б. Экология популяций.
В. Экология видов.
Г. Экология сообществ.
8. Что такое абиотическая среда?
А. Это совокупность условий неорганической среды, существующих независимо от биосистем.
Б. Это совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы.
В. Это зависит от каждого конкретного случая.
Г. Это зависит от уровня взаимодействия живой и неживой природы.
9. Наилучшее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для роста, развития и размножения организма, называется:
А. Биологический максимум.
Б. Биологический минимум.
В. Биологический оптимум.
10. Все что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение, называется:
А. Среда обитания.
Б. Экологическая система.
В. Экологические факторы.
Лекция 2.
Тема: Среды обитания организмов.
План:
1. Понятие о среде обитания организмов.
2. Водная среда обитания.
3. Наземно-воздушная среда обитания организмов.
4. Почва как среда обитания.
5. Живой организм как среда обитания.
1. Понятие о среде обитания организмов.
Живые организмы всегда находятся во взаимодействии с окружающими их природными образованиями и явлениями. Об историческом единстве живых организмов и их окружения еще в XIX в. писал выдающийся русский физиолог И.М. Сеченов: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него».
Совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии, называется средой обитания.
Или среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливаются к этим изменениям. С экологических позиций среда – это природные тела и явления, которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.
Роль среды двояка. Прежде всего, живые организмы получают пищу из среды, в которой обитают. Кроме этого, различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару. Жаркий и сухой климат пустыни препятствует жизни в ней большинства организмов, точно так же как из-за сильного холода в полярных областях обитать в них могут лишь наиболее выносливые виды. Именно среда изменяет организмы тем, что способствует их совершенствованию путем естественного отбора. Организмы не просто приспосабливаются к среде, но эволюционируют.
В свою очередь, жизнедеятельность организмов оказывает влияние на среду. Средообразующая роль живых организмов велика. Растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты. Высокие растения (деревья и кустарники) затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат. Растения и животные оказывают влияние на структуру и свойства почвы.
Несмотря на то, что разнообразие жизненных условий на Земле привело к разнообразию сред, в которых могут обитать организмы, можно выделить специфические среды, для которых характерны общие черты и признаки. Так, отчетливо различают четыре качественно отличные среды обитания для живых организмов: 1) водная; 2) наземно-воздушная; 3) почвенная; 4) организменная (организмы, существующие совместно и извлекающие пользу от сожительства, например водоросли или цианобактерии, образующие вместе с грибами единый организм — лишайник).
Первые три разновидности среды обитания составляют абиотическую среду, четвертая — биотическую.
Организмы могут существовать в одной или нескольких средах жизни. Например, рыбы обитают только в воде. Человек, большинство видов птиц, млекопитающих, голосеменные и покрытосеменные растения обитают в наземно-воздушной среде. Многие насекомые и земноводные начинают свой жизненный путь в одной среде, а продолжают в другой (личинки комаров развиваются в воле, взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде; тритоны, преимущественно водные животные, зимуют на суше). Некоторые насекомые для продолжения рода нуждаются в почвенной и наземно-воздушной средах (майский жук, бронзовка).
Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу факторов. Эти факторы являются средообразующими и обуславливают свойства сред. Рассмотрим кратко присущие названным средам жизни свойства, лимитирующие факторы и адаптации организмов.
2. Водная среда обитания.
Эта среда наиболее однородна среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами. Амплитуды значений факторов также невелики. Разница между максимальными и минимальными значениями температуры здесь обычно не превышает 50 градусов (в наземно-воздушной среде – до 100 градусов). Среде присуща высокая плотность. Для океанических вод она равна 1,3 г/см3, для пресных – близка к единице. Давление изменяется только в зависимости от глубины: каждый 10-метровый слой воды увеличивает давление на 1 атмосферу.
Лимитирующим фактором часто бывает кислород. Содержание его обычно не превышает 1% от объема. При повышении температуры, обогащении органическим веществом и слабом перемешивании содержание кислорода в воде уменьшается. Малая доступность кислорода для организмов связана также с его слабой диффузией (в воде она в тысячи раз меньше, чем в воздухе). Второй лимитирующий фактор – свет. Освещенность быстро уменьшается с глубиной. В идеально чистых водах свет может проникать до глубины 50-60 метров, в сильно загрязненных – только на несколько сантиметров.
В воде мало теплокровных, или гомойотермных (греч. хомой – одинаковый, термо - тепло), организмов. Это результат двух причин: малое колебание температур и недостаток кислорода. Основной адаптационный механизм гомойотермии – противостояние неблагоприятным температурам. В воде такие температуры маловероятны, а в глубинных слоях температура практически постоянна (+40С). Поддержание постоянной температуры тела обязательно связано с интенсивными процессами обмена веществ, что возможно только при хорошей обеспеченности кислородом. В воде таких условий нет. Теплокровные животные водной среды (киты, тюлени, морские котики и др.) – это бывшие обитатели суши. Их существование невозможно без периодической связи с воздушной средой.
Типичные обитатели водной среды имеют переменную температуру тела и относятся к группе пойкилотермных (греч. пойкилос - разнообразный). Недостаток кислорода они в какой-то мере компенсируют увеличением соприкосновения органов дыхания с водой. Многие обитатели вод (гидробионты) потребляют кислород через все покровы тела. Частое дыхание сочетается с фильтрационным типом питания, при котором через организм пропускается большое количество воды. Некоторые организмы в периоды острого недостатка кислорода способны резко замедлять жизнедеятельность, вплоть до состояния анабиоза (почти полное прекращение обмена веществ).
К высокой плотности воды организмы адаптируются в основном двумя путями. Одни используют ее как опору и находятся в состоянии свободного парения. Плотность (удельный вес) таких организмов обычно мало отличается от плотности воды. Этому способствует полное или почти полное отсутствие скелета, наличие выростов, капелек жира в теле или воздушных полостей. Такие организмы объединяют в группу планктона (греч. планктос - блуждающий). Различают растительный (фито-) и животный (зоо-) планктон. Размеры планктонных организмов обычно невелики. Но на их долю приходится основная масса водных обитателей.
Активно передвигающиеся организмы (пловцы) адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие структур, уменьшающих трение (слизь, чешуя). В целом же высокая плотность воды имеет следствием уменьшение доли скелета в общей массе тела гидробионтов по сравнению с наземными организмами.
В условиях недостатка света или его отсутствия организмы для ориентации используют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук по типу эхолокации. Для ориентации используются также запаховые явления (в воде запахи ощущаются намного лучше, чем в воздухе). В глубинах вод многие организмы обладают свойством свечения (биолюминесценции).
Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет растений меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.
Адекватно адаптационным механизмам выделяются следующие группы гидробионтов: отмеченный выше планктон – свободнопарящие, нектон (греч. нектос - плавающий) – активно передвигающиеся, бентос (греч. бентос - глубина) – обитатели дна, пелагос (греч. пелагос – открытое море) – обитатели водной толщи, нейстон – обитатели верхней пленки воды (часть тела может быть в воде, часть – в воздухе).
Воздействие человека на водную среду проявляется в уменьшении прозрачности, изменении химического состава (загрязнении) и температуры (тепловое загрязнение). Следствием этих и других воздействий является обеднение кислородом, снижение продуктивности, смены видового состава и другие отклонения от нормы.
Экологические группы гидробионтов. Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40000 видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос.
Нектон (nektos - плавающий) - активно передвигающиеся крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество насекомых.
Планктон (planktos - блуждающий, парящий) - совокупность растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые (только пресные водоемы) водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: мелкие ракообразные, из более крупных - крылоногие моллюски, медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течениям. В состав планктона входят и личинки животных, образуя особую группу - нейстон. Это пассивно плавающее «временное» население самого верхнего слоя воды, представленное разными животными (десятиногие, усоногие и веслоногие ракообразные, иглокожие, полихеты, рыбы, моллюски и др.) в личиночной стадии. Личинки, взрослея, переходят в нижние слои пелагели. Выше нейстона располагается плейстон - это организмы, у которых верхняя часть тела растет над водой, а нижняя - в воде (ряска - Lemma, сифонофоры и др.). Планктон играет важную роль в трофических связях биосферы, т.к. является пищей для многих водных обитателей, в том числе основным кормом для усатых китов (Myatcoceti).
Бентос (benthos - глубина) - гидробионты дна. Представлен в основном прикрепленными или медленно передвигающимися животными (зообентос: рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), более многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красные водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос отсутствует. У побережий встречаются цветковые растения зостера, рупия. Наиболее богаты фитобентосом каменистые участки дна. В озерах зообентос менее обилен и разнообразен, чем в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные водоросли отсутствуют.
3. Наземно-воздушная среда обитания организмов.
В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. Ее особенность заключается в том, что она газообразная, поэтому характеризуется низкими влажностью, плотностью и давлением, высоким содержанием кислорода. Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 1000С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.
Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами. Для организмов наземно-воздушной среды типичны три механизма адаптации к температурному фактору: физический, химический, поведенческий. Физический осуществляется регулированием теплоотдачи. Факторами ее являются кожные покровы, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Этот путь характерен для пойкилотермных и гомойтермных организмов. Химические адаптации базируются на поддержании определенной температуры тела. Это требует интенсивного обмена веществ. Такие адаптации свойственны гомойотермным и лишь частично пойкилотермным организмам. Поведенческий путь осуществляется посредством выбора организмами предпочтительных положений (открытые солнцу или затемненные места, разного вида укрытия и т.п.). Он свойственен обеим группам организмов, но пойкилотермным в большей степени. Растения приспосабливаются к температурному фактору в основном через физические механизмы (покровы, испарение воды) и лишь частично-поведенчески (повороты пластинок листьев относительно солнечных лучей, использование тепла земли и утепляющей роли снежного покрова).
Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшения теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы, а, следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана. Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых (правило Аллена).
О зависимости теплоотдачи от размеров тела можно судить по количеству кислорода, расходуемого при дыхании на единицу массы различными организмами. Оно тем больше, чем меньше размеры животных. Так, на 1 кг массы потребление кислорода (см3/час) составило: лошадь – 220, кролик – 480, крыса – 1800, мышь – 4100.
Регулирование водного баланса организмами. У животных различают три механизма: морфологический – через форму тела, покровы; физиологический – посредством высвобождения воды из жиров, белков и углеводов (метаболическая вода), через испарение и органы выделения; поведенческий – выбор предпочтительного расположения в пространстве.
Растения избегают обезвоживания либо посредством запасания воды в теле и защиты ее от испарения (суккуленты), либо через увеличение доли подземных органов (корневых систем) в общем объеме тела. Уменьшению испарения способствуют также различного рода покровы (волоски, плотная кутикула, восковой налет и др.). При избытке воды механизмы ее экономии слабо выражены. Наоборот, некоторые растения способны выделять избыточную воду через листья, в капельно-жидком виде («плач растений»).
Животные в наземно-воздушной среде передвигаются по почве или по воздуху (птицы, насекомые), а растения укореняются в почве. В связи с этим, у животных появились легкие и трахеи, а у растений - устьичный аппарат, т.е. органы, которыми сухопутные обитатели планеты усваивают кислород прямо из воздуха. Сильное развитие получили скелетные органы, обеспечивающие автономность передвижения по суше и поддерживающие тела со всеми его органами в условиях незначительной плотности среды, в тысячи раз меньшей по сравнению с водой.
Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток. Воздействия их на организмы неразрывно связано с движением воздуха и положения относительно морей и океанов и сильно отличаются от воздействия в водной среде.
Таблица 1. Условия обитания организмов воздушной и водной среды
| Условия (факторы) обитания | Значение условий для организмов | ||
| воздушной среды | водной среды | ||
| Влажность | Очень важное (часто в дефиците) | Не имеет (всегда в избытке) | |
| Плотность | Незначительное (за исключением почвы) | Большое по сравнению с ее ролью для обитателей воздушной среды | |
| Давление | Почти не имеет | Большое (может достигать 1000 атмосфер) | |
| Температура | Существенное (колеблется в очень больших пределах - от -80 до +1ОО°С и более) | Меньшее по сравнению со значением для обитателей воздушной среды (колеблется гораздо меньше, обычно от -2 до +40°С) | |
| Кислород | Несущественное (большей частью в избытке) | Существенное (часто в дефиците) | |
| Взвешенные вещества | Неважное; не используются в пищу (главным образом минеральные) | Важное (источник пищи, особенно органические вещества) | |
| Растворенные вещества в окружающей среде | В некоторой степени (имеют значение только в почвенных растворах) | Важное (в определенном количестве необходимы) | |
4. Почва как среда обитания.
Земля - единственная из планет имеет почву - особенную, верхнюю оболочку суши. Эта оболочка сформировалась в исторически обозримое время - она ровесница сухопутной жизни на планете. Впервые на вопрос о происхождении почвы ответил М.В. Ломоносов ("О слоях земли"): "…почва произошла от согнития животных и растительных тел … долготою времени…". А великий русский ученый В. В. Докучаев впервые назвал почву самостоятельным природным телом и доказал, что почва есть «…такое же самостоятельное естественно-историческое тело, как любое растение, любое животное, любой минерал … оно есть результат, функция совокупной, взаимной деятельности климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны…, наконец, подпочвы, т.е. грунтовых материнских горных пород…»
Основными структурными элементами почвы являются: минеральная основа, органическое вещество, воздух и вода.
Минеральная основа (скелет) (50-60% всей почвы) - это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.
От соотношения в почве глины и песка, размеров фрагментов, зависят проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном климате идеально, если почва образована равными количествами глины и песка, т.е. представляет суглинок. В этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И то и другое одинаково губительно как для растений, так для и животных.
Органическое вещество - до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса - опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.
Воздух (15-25%) в почве содержится в полостях - порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород - аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ.
Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.
Гравитационная - подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.
Гигроскопическая, или связанная - адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных - 5%.
Капиллярная - удерживается вокруг почвенных частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам - капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.
Парообразная - занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь.
Осуществляется постоянный обмен поверхностных почвенных и грунтовых вод, как звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и направление в зависимости от сезона года и погодных условий.
Эта среда имеет свойства, сближающие ее с водной и наземно-воздушной средами.
Многие мелкие организмы живут здесь как гидробионты – в поровых скоплениях свободной воды. Как и в водной среде, в почвах невелики колебания температур. Амплитуды их быстро затухают с глубиной. Существенна вероятность дефицита кислорода, особенно при избытке влаги и углекислоты. Сходство с наземно-воздушной средой проявляется через наличие пор, заполненных воздухом.
К специфическим свойствам, присущим только почве, относится плотное сложение (твердая часть или скелет). В почвах обычно выделяют три фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. В.И. Вернадский почву отнес к биокостным телам, подчеркивая этим большую роль в ее образовании и жизни организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва – наиболее насыщенная живыми организмами часть биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней иногда выделяют четвертую фазу – живую.
Есть основание рассматривать почву как среду, которая играла промежуточную роль при выходе организмов из воды на сушу. Кроме перечисленных выше свойств, сближающих эти среды, в почве организмы находили защиту от жесткого космического излучения (при отсутствии озонового экрана).
В качестве лимитирующих факторов чаще всего выступает недостаток тепла (особенно при вечной мерзлоте), а также недостаток (засушливые условия) или избыток (болота) влаги. Реже лимитирующими бывают недостаток кислорода или избыток углекислоты.
Жизнь многих почвенных организмов тесно связана с порами и их размером. Одни организмы в порах свободно передвигаются. Другие (более крупные организмы) при передвижениях в порах изменяют форму тела по принципу перетекания, например, дождевой червь, или уплотняют стенки пор. Третьи могут передвигаться только разрыхляя почву или выбрасывая на поверхность образующий ее материал (землерои). Из-за отсутствия света многие почвенные организмы лишены органов зрения. Ориентация осуществляется с помощью обоняния или других рецепторов.
Экологические группы почвенных организмов. Исходя из степени подвижности и размеров, вся почвенная фауна сгруппирована в следующие три экологические группы:
Микробиотип, или микробиота - организмы, представляющие промежуточное звено между растительными и животными организмами (бактерии, зеленые и сине-зеленые водоросли, грибы, простейшие одноклеточные). Это водные организмы, но мельче обитающих в воде. Живут в порах почвы, заполненных водой - микроводоемах. Основное звено детритной пищевой цепи. Могут высыхать, а с возобновлением достаточной влажности вновь оживают.
Мезобиотип, или мезобиота - совокупность мелких, легко извлекающихся из почвы подвижных насекомых (нематоды, клещи (Oribatei), мелкие личинки, ногохвостки (Collembola) и др. Очень многочисленны - до миллионов особей на 1м2. Питаются детритом, бактериями. Пользуются естественными полостями в почве, сами не роют себе ходов. При снижении влажности уходят вглубь. Приспособления от высыхания: защитные чешуйки, сплошной толстый панцирь.
Макробиотип, или макробиота - крупные насекомые, дождевые черви, подвижные членистоногие, живущие между подстилкой и почвой, другие животные, вплоть до роющих млекопитащих (кроты, землеройки). Преобладают дождевые черви (до 300 шт/м2).
5. Живой организм как среда обитания.
С данной средой связан паразитический и полупаразитический образ жизни. Организмы этих групп получают кондиционированную среду (по температуре, влажности и другим параметрам) и готовую легкоусвояемую пищу. Результатом этого является упрощение всех систем и органов, а также потеря некоторых из них. Наиболее слабое (лимитирующее) звено в жизни паразитов – возможность потери хозяина. Это неизбежно при его смерти. По этой причине паразиты, как правило, не убивают своего хозяина («разумный паразитизм») и имеют приспособления, увеличивающие вероятность выживания в случае потери хозяина. Основной путь сохранения вида (популяции) в таких условиях – большое число зачатков («закон большого числа яиц») в виде долго сохраняющихся цист, спор и т.п. Это увеличивает вероятность встречи с хозяином. Часто используются промежуточные хозяева.
Для животных и растений, которые поселяются на или внутри другого организма, последний является средой обитания или жизни. Взаимоотношения между ними называются симбиозом (symbiosis - совместная жизнь). Различают несколько форм симбиотических отношений, основные: комменсализм, паразитизм и мутуализм.
Комменсализм - тесная связь между организмами, при которой хозяин не получает ни пользы, ни вреда. Пример - лишайники на деревьях.
Паразитизм - самая распространенная форма симбиоза. Организм хозяина является стацией обитания, биотопом для организма-паразита. Паразитизм отличается от хищничества тем, что пищей хищнику служат много жертв, а паразит живет за счет одного или нескольких хозяев и редко убивает их сразу. Паразитизм - древний образ жизни. Внутриклеточные паразиты обнаружены у простейших (бактерии, сине-зеленые водоросли) и одноклеточных эукариотов (диатомовые, красные и зеленые водоросли, амебы, радиолярии). А среди многоклеточных организмов нет ни одного, который не имел бы в своем теле (реже - на теле) паразитов. Чем сложнее строение организма и его органов, тем более разнообразнее условия, в которых могут проживать его сожители (и тем они многочисленнее).
Английский ученый А.Е. Шитли писал, что каждая птица - представляет собой настоящий летающий зоопарк. Перья служат пищей клещам-пухоедам, кожа - блохам, вшам, москитам. Во внутренних органах множество разных червей, в крови - бактерий. В свою очередь перечисленные паразиты тоже служат средой жизни для других, более мелких паразитов - это гиперпаразитизм.
Более половины всех видов на Земле относятся к паразитам. Все паразиты делятся на две группы:
Эктопаразиты - наружные паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина и внедряющиеся в него органами питания, присосками (пиявки) или гаусториями (растения). Эктопаразиты животных: клещи, пиявки, блохи, клопы; эктопаразиты растений: повилики, омела, Петров крест, и др.
Эндопаразиты - паразиты, живущие внутри тела хозяина (гельминты, бактерии, вирусы, простейшие). У растений-эндопаразитов только органы размножения выходят наружу, например у дереворазрушающих грибов (трутовики, опенок и др.)
Преимущества паразитизма:
- у паразитов нет проблем с поиском пищи; это дает им возможность быстрого роста, достижения больших размеров и высокого потенциала размножения;
- организм хозяина служит надежной защитой от неблагоприятных условий среды; нет опасности высыхания, изменения температурного, солевого и осмотического режимов.
У всех паразитов в процессе эволюции произошли анатомо-морфологические и физиологические изменения, заключающиеся в упрощении, вплоть до полной редукции отдельных органов. У ряда растений (заразиха, Петров крест) редуцирован фотосинтетический аппарат и корни, листья представлены прозрачными чешуйками, а корни напоминают гифы грибов. У паразитов-животных редуцируются органы передвижения (крылья - у вшей), у живущих внутри кишечника и тканей (гельминтов) нет органов дыхания, зрения, конечностей, нет пигментации.
Паразитируют не только растение на растении и животное на животном, но существует паразитизм и между растением и животным. Сосущие насекомые - все паразиты, вредители. Наносят большой ущерб сельскому (тли, белокрылки, паутинный клещ и др.) и лесному (пилильщики, тли) хозяйству.
Мутуализм - взаимоотношения, когда получают выгоду оба живых организма, или вида, т.е., когда в популяции одного из двух вида особи растут и (или) выживают и (или) размножаются в присутствии другого вида лучше, чем без него.
Виды получаемых преимуществ различны. Часто один из партнеров использует другого в качестве пищевого ресурса, взамен обеспечивает ему защиту от врагов или благоприятные условия для жизни (грибы-микоризообразователи и высшие растения). Вид, выигрывающий в пище, освобождает партнера от паразитов (рыбы-чистильщики), опыляет семена (клевер и шмели, пчелы и многие растения), или распространяет семена (птицы и ягодные растения, белка-летяга и орешки липы). В кишечнике очень большого количества животных, в том числе человека, содержится микрофлора, необходимая им для нормальной жизнедеятельности. При этом речь идет не об альтруизме между организмами, а о взаимной выгоде.
Задания для самоконтроля:
Вариант 1.
(в тестовых заданиях правильный ответ только один)
1. На нашей планете представлены несколько сред жизни:
а. океаны и материки;
б. литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера;
в. вода и суша;
г. водная, наземно-воздушная, почва и живой организм;
д. среда обитания и местообитание.
2. Чем отличается наземно-воздушная среда?
а. много кислорода и света
б. большие перепады температуры
в. большая плотность
3. В чем особенность организма как среды обитания?
а. постоянная температура
б. постоянная влажность
в. постоянное движение
4. Для повышения плавучести планктонные организмы обрели следующие приспособления:
а) увеличенные размеры тела;
б) уменьшенный размер и плотность тела;
в) уменьшенный размер и количество выростов тела;
г) медленная скорость движения в воде.
5. Почву как среду обитания сближает с водной средой:
а) температурный режим, пониженное содержание кислорода, наличие воды в разных
формах, присутствие солей и органических веществ;
б) световой режим, перепады давления, изменение гравитационной составляющей;
в) изменение солевого состава по временам года, сочетание плотности и давления грунтов;
г) одинаковое значение рН среды, одинаковый состав микрофауны и микрофлоры.
6. Совокупность особей населяющих толщу воды и способных переноситься течением,
называется:
а) бентос;
б) планктон;
в) нейстон.
7. Если в реке началась массовая гибель рыбы, то наиболее вероятная причина этого
явления:
а) изменение скорости течения реки;
б) уменьшение содержания кислорода в воде;
в) изменение атмосферного давления;
г) увеличение концентрации озона в воздушной среде.
8. Первые живые обитатели Земли появились в:
а) почве; б) наземной среде; в) водной среде; г) воздушной среде.
9. Распределите предложенных животных по средам жизни:
1. Пчела. 9. Горный орел. A. Почва.
2. Планктон. 10. Сазан. B. Наземно-воздушная.
3. Кальмар. 11. Вошь. C. Водная.
4. Бактерии. 12. Дафния. Д. Живые организмы.
5. Гремучая змея. 13. Кролик
6. Дождевой червь. 14. Карась.
7. Крот. 15. Комар.
8. Солитер. 16. Нематоды.
17. Слепыш.
10. По описанию узнай, о какой среде идёт речь?
1. Эта среда довольно плотная, и в ней передвигаться нелегко. Зачастую в ней не хватает кислорода для дыхания животных. Обитатели этой среды часто имеют плавники как приспособления к движению.
2. Дом для животных, имеющих крылья. Лёгкая, неплотная среда.
3. В эту среду проникает мало света. А на глубину и совсем не проникает.
4. Ноги животных этой среды приспособлены к бегу, прыжкам.
5. Эта среда может изменяться, расти, питаться, дышать, умирать, давать себе подобных.
Вариант 2.
(в тестовых заданиях правильный ответ только один)
1. Условиями среды можно назвать:
а. все факторы, оказывающие влияние на организм;
б. взаимоотношения организмов в сообществе;
в. факторы, воздействие которых на организм не зависит от их потребления другими
организмами;
г. климат;
д. абиотические факторы.
2. Черты приспособленности к водной среде обитания:
а. обтекаемая форма тела
б. расчлененная форма тела
в. удлиненная форма тела
3. Особенности почвы как среды жизни:
а. большая плотность
б. большое количество органических веществ
в. много света
4. Летние и зимние заморы не возникают в следующих средах жизни:
а) морских водоемах;
б) озерах и прудах;
в) реках;
г) почве.
5. Совокупность организмов обитающих на дне водоемов называется:
а) бентос; б) нектон; в) планктон.
6. Самая насыщенная (в пересчете на объем) жизнью среда:
а) почва; б) атмосфера; в) пресные воды; г) моря и океаны.
7. Паразитическим организмом не является:
а) фитофтора;
б) вирус табачной мозаики;
в) шампиньон, опенок луговой;
г) повилика, заразиха.
8. В наибольшей степени подвержены воздействию радиации, колебаний температур
и силы ветров обитатели следующей среды:
а) водной; б) почвенной; в) наземно-воздушной; г) живых организмов как среды обитания.
9.Выберите признаки, характерные для специфических условий жизни в определенной среде.
Коды ответов:
1) Мягкий температурный режим
2) Достаточно высокая плотность среды
3) Сравнительно малая плотность среды
4) Ограниченность кислорода
5) Резкие изменения температуры
6) Различный солевой состав
7) Практически неограниченный запас пищи
8) Относительная стабильность условий
9) Практически полное отсутствие кислорода
10) Активное сопротивление среды обитания
11) Относительно постоянное количество кислорода
Ответы:
Наземно-воздушная среда-_________________
Водная среда-____________________________
Живой организм-_________________________
10. Какие утверждения верны? Поставьте знак “+” или “-”.
1. Различают две среды обитания: наземно-воздушную и водную.
2. Чтобы легче было передвигаться в толще воды, большинство рыб имеют обтекаемую форму.
3. Крупные кенгуру совершают прыжки до 9 м, это помогает им лучше схватывать пищу.
4. Передние лапы этого животного плоские, как лопаты. Тело овальное, компактное. Живет это животное в воздушной среде.
5. Дельфины, как и водные жуки, поднимаются на поверхность воды, захватывают воздух и опять ныряют.
6. Есть такие животные, которые поселяются в организме человека и вызывают различные заболевания.
Задание «Кто здесь лишний?»
1. Страус, кенгуру, шмель, волк.
2. Белка, дельфин, акула, щука.
3. Речной рак, рыбы, выдра, оса.
4. Кенгуру, страус, ласточка, гепард.
Лекция 3.
Тема: Факторы среды: абиотические, биотические.
План:
1. Понятие об экологических факторах.
2. Абиотические факторы.
3. Биотические факторы.
4. Антропогенные факторы.
1. Понятие об экологических факторах.
Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.
Большинство экологических факторов -- температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. -- отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.
Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность. Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.
По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).
2. Абиотические факторы.
Абиотические факторы - это прямо или косвенно действующие на организм факторы неживой природы - свет, температура, влажность, химический состав воздушной, водной и почвенной среды и др. (т. е. свойства среды, возникновение и воздействие которых прямо не зависит от деятельности живых организмов).
Свет (cолнечная радиация) - экологический фактор, характеризующийся интенсивностью и качеством лучистой энергии Солнца, которая используется фотосинтезирующими зелеными растениями для создания растительной биомассы. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, - основной источник энергии для поддержания теплового баланса планеты, водного обмена организмов, создания и превращения органического вещества автотрофным звеном биосферы, что в конечном итоге делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов.
Биологическое действие солнечного света обусловливается его спектральным составом, интенсивностью, суточной и сезонной периодичностью. Сезонные и суточные изменения освещенности являются самыми точными часами, ход которых четко закономерен и практически не изменился в течение последнего периода эволюции.
Благодаря этому появилась возможность искусственного регулирования развития животных и растений. Например, создание растениям в теплицах, оранжереях или парниках светового дня длительностью 12-15 ч позволяет даже зимой выращивать овощные культуры, декоративные растения, ускорять рост и развитие рассады. Наоборот, затенение растений летом ускоряет появление цветков или семян позднецветущих осенних растений.
Продолжением дня за счет искусственного освещения зимой можно увеличить период яйценосности кур, гусей, уток, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах. Огромную роль играет световой фактор и в других жизненных процессах животных. Прежде всего он является необходимым условием видения, их зрительной ориентации в пространстве в результате восприятия органами зрения прямых, рассеянных или отраженных от окружающих предметов световых лучей. Велика информативность для большинства животных поляризованного света, способности различать цвета, ориентироваться по астрономическим источникам света в осенних и весенних миграциях птиц, в навигационных способностях других животных.
Более того, физиологические процессы растений и животных находятся в строгой зависимости от суточной ритмичности, что выражается определенными биологическими ритмами. Следовательно, биологические ритмы - это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. У растений биологические ритмы проявляются в суточном движении листьев, лепестков, изменении фотосинтеза, у животных - в колебании температуры, изменении секреции гормонов, скорости деления клеток и т. д.
Температура - один из важнейших абиотических факторов, от которого в значительной степени зависит существование, развитие и распространение организмов на Земле. Значение температуры состоит, прежде всего, в непосредственном ее влиянии на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. Поскольку суточные и сезонные колебания температур возрастают по мере удаления от экватора, растения и животные, приспосабливаясь к ним, проявляют различную потребность в тепле.
Способы приспособления.
Миграция - переселение в более благоприятные условия. Регулярно в течение года мигрируют киты, многие виды птиц, рыб, насекомых и других животных.
Оцепенение - состояние полной неподвижности, резкое снижение жизнедеятельности, прекращение питания. Наблюдается у насекомых, рыб, земноводных, млекопитающих при понижении температуры среды осенью, зимой (зимняя спячка) или при повышении ее летом в пустынях (летняя спячка).
Анабиоз - состояние резкого угнетения жизненных процессов, когда видимые проявления жизни временно прекращаются. Это явление обратимое. Отмечается у микробов, растений, низших животных. Семена некоторых растений в анабиозе могут находиться до 50 лет. Микробы в состоянии анабиоза образуют споры, простейшие - цисты.
Терморегуляция. У растений и животных в процессе эволюции выработались различные механизмы терморегуляции. Например, у растений физиологический - накопление в клетках сахара, за счет которого повышается концентрация клеточного сока и снижается обводненность клеток, что способствует морозоустойчивости растений. Например, у карликовой березы, можжевельника верхние ветви при чрезмерно низкой температуре омертвевают, а стелющиеся перезимовывают под снегом и не погибают. Физический - устьичная транспирация - отведение избытка тепла и предотвращение ожогов путем выведения воды (испарения) из тела растения. Морфологический - направленный на предотвращение перегрева: густая опушенность листьев для рассеивания солнечных лучей, глянцевитая поверхность для их отражения, уменьшение поглощающей лучи поверхности - свертывание листовой пластинки в трубочку (ковыль, овсяница), расположение листа ребром к солнечным лучам (эвкалипт), редуцирование листвы (саксаул, кактус); направленный на предотвращение замерзания: особые формы роста - карликовость, образование стелющихся форм (зимовка под снегом), темная окраска (помогает лучше поглощать тепловые лучи и нагреваться под снегом).
Для каждого организма или группы особей существует, оптимальная зона температуры, в пределах которой деятельность выражена особенно хорошо. Выше этой зоны находится зона временного теплового оцепенения, еще выше - зона продолжительной бездеятельности или летней спячки, граничащая с зоной высокой летальной температуры. При понижении последней ниже оптимума находится зона холодового оцепенения, зимней спячки и летальной низкой температуры.
Влажность - экологический фактор, характеризующийся содержанием воды в воздухе, почве, живых организмах. В природе существует суточный ритм влажности: она повышается ночью и понижается днем. Вместе с температурой и светом влажность играет важную роль в регуляции активности живых организмов. Источником воды для растений и животных служат главным образом атмосферные осадки и подземные воды, а также роса и туман.
Влага - необходимое условие существования всех живых организмов на Земле. В водной среде зародилась жизнь. Обитатели суши и поныне зависимы от воды. Для многих видов животных и растений вода продолжает оставаться средой обитания. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, выступает важнейшим исходным, промежуточным и конечным продуктом биохимических превращений. Значимость воды определяется и ее количественным содержанием. Живые организмы состоят не менее чем на 3/4 из воды.
По отношению к воде высшие растения делятся на:
гидрофиты - водные растения (кувшинка, стрелолист, ряска);
гигрофиты - обитатели избыточно увлажненных мест (аир, вахта);
мезофиты - растения нормальных условий влажности (ландыш, валериана, люпин);
ксерофиты - растения, живущие в условиях постоянного или сезонного дефицита влаги (саксаул, верблюжья колючка, эфедра) и их разновидности суккуленты (кактусы, молочаи).
Таблица 2. Приспособления организмов к обитанию в обезвоженной среде
| Приспособления к обитанию в обезвоженной среде и среде с периодическим недостатком влаги | |
| Растения | Животные |
| уменьшение размеров клеток определенный химический состав цитоплазмы увеличение количества устьиц на единицу поверхности листа узкие жесткие листья, часто с толстой кутикулой образование волоскового слоя превращение листьев в колючки развитие мощной и глубокой корневой системы у растений засушливых мест очень короткая, но интенсивная вегетация, которая охватывает сравнительно влажный ранне-весенний период (тюльпаны, песчаная осока, маки, ковыль и пр.). Другую часть года они сохраняются в виде покоящихся луковиц или корневищ поглощение парообразной влаги из воздуха наземными органами и частями растений (эпифиты - растения, которые произрастают на других растениях, но используют их лишь как опору для прикрепления, т.е. не являются паразитами), пустынные растения (саксаул), суккуленты (кактусы), много мхов и лишайники при помощи специальных приспособлений для лучшей конденсации влаги (волоски) | способность к быстрому и продолжительному бегу (кулан, антилопа, джейран, сайгак), что позволяет им совершать дальние миграции на водопой всасывание воды через покровы тела из среды обитания в жидком или парообразном состоянии (амфибии, некоторые насекомые, клещи) запасание воды, образующейся при окислительных реакциях. Особенно много такой воды дает окисление жира (107 г метаболической (эндогенной) воды из 100 г жира). Поэтому характерные для многих обитателей пустынь обильные жировые отложения служат своеобразным резервом воды в организме, например горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов слабая проницаемость наружных покровов тела, что сводит до минимума испарение воды редкие дыхательные движения глубоко расположенные органы дыхания максимально обезвоженные продукты выделения пониженное потоотделение и отдача воды со слизистых летняя спячка с началом сухого и жаркого периодов. Это характерно для степных и пустынных грызунов, черепах, некоторых насекомых и других беспозвоночных. |
Важной особенностью основных климатических факторов (света, температуры, влажности) является их закономерная изменчивость в течение годичного цикла и даже суток, а также в зависимости от географической зональности. В связи с этим приспособления живых организмов также имеют закономерный и сезонный характер. Приспособление организмов к условиям среды может быть быстрым и обратимым или довольно медленным, что зависит от глубины воздействия фактора.
Воздушная среда. Освоение воздушной среды организмами началось после выхода их на сушу. Жизнь в воздушной среде потребовала специфических приспособлений и высокого уровня организации растений и животных. Низкая плотность и оводненность, высокое содержание кислорода, легкость перемещения воздушных масс, резкие перепады температуры и т. п. заметно сказались на процессе дыхания, водообмене и передвижении живых существ.
Подавляющее большинство наземных животных в ходе эволюции приобрели способность к полету (75 % всех видов наземных животных). Для многих видов характерно расселение с помощью воздушных потоков (споры, семена, плоды, цисты простейших, насекомые, пауки и т. п.). Некоторые растения стали ветроопыляемыми.
Соленость среды.
Соленость водной среды характеризуется содержанием в ней растворимых солей. В пресной воде содержится 0,5-1,0 г/л, а в морской - 10-50 г/л солей.
Соленость водной среды имеет важное значение для ее обитателей. Существуют животные, приспособленные к обитанию только в пресной воде (карпообразные) или только в морской (сельдеобразные). У некоторых же рыб отдельные стадии индивидуального развития проходят при различной солености воды, например угорь обыкновенный обитает в пресных водоемах, а на нерест мигрирует в Саргассово море.
Рельеф местности существенно влияет на специфику передвижения животных, на распределение видов, жизнедеятельность которых временно или постоянно связана с почвой. От гидротермического режима почв, их аэрации, механического и химического составов зависят характер корневой системы (глубинная, поверхностная), образ жизни почвенной фауны. Химический состав почвы и разнообразие обитателей влияют на ее плодородие. Наиболее плодородными являются черноземные почвы, богатые перегноем.
