Комплексное воздействие факторов на организм

На организм всегда действует комплекс факторов.

Факторы

 

сигнальные ограничивающие

Примеры:

1) перелёт птиц: сигнальный фактор – свет, ограничительный фактор – пища;

2) зимняя спячка: сигнальный фактор – свет, ограничительный фактор – пища;

3) летняя спячка: сигнальный фактор – температура, ограничительный фактор – влажность;

Классификация экологических факторов

Абиотические

Биотические

Климатические факторы: · температура · освещённость · влажность · давление и т.д.

Эдафические факторы физический и химический состав почвы: · соленость почвы · кислотность · влажность · аэрация

Для водных систем: · освещённость · температура воды · солёность воды · химический состав · концентрация О2

Факторы питания

Формы взаимоотношений особей и видов между собой

Но такое деление условно, т.к., например, микроклимат (t⁰, влажность и т.д.) обусловлены одновременно абиотическими и биотическими факторами. Пример: в ледяной берлоге белого медведя t⁰C выше на 40⁰С, чем снаружи; на элеваторах в зерне температура может повышаться на 25⁰С благодаря наличию в нём зерноядных насекомых и т.д.

Поэтому сейчас разработана другая классификация:

Экологические факторы

Независящие от плотности популяции (климатические) От холода может погибнуть часть или вся популяция, независимо от её плотности.

Зависящие от плотности популяции (биотические) Процент гибнущих особей растёт пропорционально увеличению их плотности.

Но такое деление тоже условно, т.к. действие экологических факторов может влиять не только на численность и концентрацию особей в популяции, но и на изменение географического распространения, появления модификаций и т.д., поэтому мы будем рассматривать традиционное разделение факторов (классификация Мончадского).

Абиотические факторы

Абиотические факторы – это совокупность условий неорганической природы.

Климатические факторы:

1. Свет, температура – первичные периодические факторы (являются следствием вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца; периодичность – дневная, лунная, сезонная, годовая).

2. Влажность – вторичный периодический фактор (вторичный, т.к. зависит от первичных: влажность находится в прямой зависимости от температуры; периодичность – суточная, сезонная).

3. Шквальный ветер, пожары, значительная ионизация атмосферы – непериодические (стихийные) факторы.

Температура

Температура – один из важнейших факторов. Верхний предел t^o C для многих организмов – это 50-60^оС, т.к. при этой температуре происходит потеря активности ферментов и свертывание белков (но бактерии и водоросли горячих источников могут жить при 70-80^оС, а пингвины, белые медведи, песцы, полярные совы могут переносить -70^оС). В процессе эволюции у животных и растений выработались различные механизмы регуляции и способности сохранять t^o тела. По формам терморегуляции всех животных можно разделить на 3 группы:

1. пойкилотермные

2. гомойотермные

3. гетеротермные

Классификация животных по формам терморегуляции

1. Пойкилотермные (холоднокровные)- животные с непостоянной температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры среды. Примеры- насекомые, рыбы, амфибии, рептилии. Формы регуляции – спячка, оцепенение, изменение суточной активности, выбор прогреваемого места и т.д.

2. Гомойотермные (теплокровные) – животные, имеющие постоянную температуру тела, независящую от t^o среды. Примеры – птицы, млекопитающие. Формы регуляции – высокий уровень энергетического обмена (тахиметаболизм), контроль за уровнем производства и отдачи тепла осуществляется гипоталамусом.

3. Гетеротермные – животные, температура которых колеблется в широких пределах. Примеры: птицы – колибри; млекопитающие – летучие мыши, грызуны, сумчатые, однопроходные. Формы регуляции- при впадении в спячку температура понижается.

Температура – один из важнейших абиотических факторов, т. к.

1. она действует везде и постоянно

2. она влияет на скорость физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в живых организмах. Температурный фактор может как ускорять, так и замедлять развитие организма, влиять на процессы размножения, метаболическую активность и и т.д.

Любой организм способен существовать только в определенном диапазоне температур:

 

Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной. В зависимости от ширины оптимума организмы делятся на:

Эвритермные – выдерживают широкие колебания температур (сосна)

Стенотермные – живут в узких пределах температур (пальма)

Адаптации к температуре:

биохимические	Теплоустойчивость белков и клеточных структур (-70o ¸ +60o). Далее белки денатурируют.
морфологические	· Правило Бергмана: при передвижении на север средние размеры тела особей в популяциях теплокровных животных увеличиваются, а теплоотдача падает. · У растений форма роста (стелющиеся формы, прикорневые розетки листьев и т.д.). · У млекопитающих – густой и длинный мех.
физиологические	У растения при увеличении t°: · закрываются устьица, · нарушается газообмен, · возрастает интенсивность дыхания. У животных – терморегуляция (способность организмов менять температуру тела в определенных пределах). Особенно совершенны механизмы терморегуляции у гомойотермных животных.

Терморегуляция у млекопитающих

Терморегуляция – это процессы поддержания постоянной температуры тела.

У млекопитающих хорошо развита система терморегуляции, которая включает в себя:

· рецепторы,

· эффекторы,

· регуляторный центр в гипоталамусе.

Терморецепторы:

· холодовые

· тепловые

При раздражении этих рецепторов нервные импульсы по чувствительным нервным волокнам идут в гипоталамус и в сенсорные зоны коры больших полушарий головного мозга, где и возникают температурные ощущения, по двигательным нейронам сигналы поступают на эффекторы Þ таким образом, обеспечивается реакция организма на изменение температуры.

Приспособления к переохлаждению

· волосяной покров;

· толстый слой подкожной жировой клетчатки (у гренландского кита ≈ 1 метр);

· сальные железы (жир – прекрасный теплоизолятор).

Приспособления к перегреву

· потовые железы (у собак и кошек – на подушечках лап, у крыс – на ушах);

· тепловая одышка, тепло отдаёт слизистая рта и носа (у собак).

! В терморегуляции участвует и кровеносная система: кровеносные сосуды близко расположены к поверхности кожи; при расширении сосудов теплоотдача резко увеличивается, при сужении – наоборот, уменьшается.

Температура тела

· у однопроходных колеблется в пределах 26-34°С;

· у сумчатых до 37°С;

· у плацентарных – 37°С и выше (стабильно).

Температура тела зависит от количества тепла, образующегося за счёт метаболических процессов, протекающих в организме.

Между организмом и средой происходит постоянный теплообмен.

Способы теплообмена

· излучение (главный путь теплоотдачи у животных);

· конвекция (скорость передачи тепла зависит от скорости движения воздуха);

· теплопроводность (передача при физическом контакте).

При этих способах тепло передаётся от более нагретого тела к более холодному (до установления равновесия).

· испарение (тепло теряется с поверхности тела, вода превращается в пар, этот процесс идёт независимо от регуляции со стороны гипоталамуса).

Испарение – это физический процесс. Потоотделение и тепловая одышка – это физиологические процессы (т.е. регулируемое испарение).

Свет

Свет – второй важнейший абиотический фактор. Свет характеризуется интенсивностью и характером лучистой энергии. Свет используется фотосинтезирующими организмами для создания биомассы.

Солнечный свет

инфракрасные лучи 0,75мкм 49% энергии

видимые лучи 0,75-0,40 мкм 50% энергии

ультрафиолетовые лучи 0,40-0,29мкм 1% энергии

Ритмичность воздействия суточная и сезонная.

Свет может как ускорять, так и замедлять развитие организма. Под действием УФИ идет образование пигментов (меланина) и витаминов (D). УФИ инактивирует гормоны роста у растений. Видимое излучение определяет интенсивность фотосинтеза, стимулирует размножение, регулирует поведение, влияет на цикличность процессов (фотопериодизм). Инфракрасное излучение – источник тепла.

Реакция организмов на суточный ритм освещения (соотношение продолжительности дня и ночи) называется фотопериодизмом. У растений фотопериодизм проявляется в изменении интенсивности физиологических процессов, синтеза гормонов, что, в свою очередь, приводит к регуляции роста и смене фаз (появление листьев, бутонизация, цветение, образование плодов и семян). У животных фотопериодизм контролирует наступление и прекращение брачного периода, плодовитость, линьку, переход к спячке, миграцию и т.д.

Примеры:

· у большинства птиц удлинение светового дня весной является сигналом для развития половых желез и проявления гнездовых инстинктов;

· осеннее сокращение дня вызывает линьку, накопление запасных жиров и стремление к перелётам;

· лиственные деревья осенью сбрасывают листву.

Знание особенностей фотопериодизма позволяет прогнозировать динамику численности, управлять развитием животных при их разведении и т.д.

На основе фотопериодизма у растений и животных выработались специфические биологические ритмы – годичные (сезонные), суточные и т.д. Биологические ритмы – это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений.

Микроритмы (сек, мин, часы), например, биосинтез, белки.

Макроритмы (циркадные) – от суток до недели, например, митоз и клеточный цикл.

Мегаритмы – смена времен года и годичный цикл, например, жизнь клетки, организма.

На органном уровне ритмы прослеживаются в виде усиления или ослабления функций (имеют, как правило, вид синусоиды).

Для пищеварительной системы наблюдается 4 пика активности, связанные с усилением выработки ферментов. Зимняя спячка, анабиоз, зимний покой растений – примеры действия биологических часов.

По отношению к свету растения делят на:

светолюбивые

· герань

· подорожник

· земляника

· сосна

· берёза

тенелюбивые

· ландыш

· вороний глаз

· венерин башмачок

· ель, бук, граб

теневыносливые

· рябина

· черёмуха

· сирень

· калина

· жимолость

По отношению к продолжительности светового дня растения делят на:

короткодневные
(день менее 12 часов)

· астра

· первоцвет

· хризантемы

· соя

нейтральные
(день равен 12 часам)

· кукуруза

· табак

· горох

длиннодневные
(день более 12 часов)

· гвоздика

· картофель

· шпинат

Влажность

Влажность – экологический фактор, характеризующийся содержанием влаги в воздухе, почве, живых организмах.

Абсолютная влажность – это количество водяного пара, содержащегося в воздухе, выражается массой воды на единицу массы воздуха.

Но так как количество пара в воздухе зависит от t° и P, то вводят понятие относительная влажность – это количество водяного пара при данных условиях (t°, P) по отношению к количеству насыщенного пара при этих же условиях, выраженное в процентах.

По отношению к воде различают растения:

Гидрофиты (водные) – ряска, стрелолист, кувшинка, лотос, элодея, валлиснерия.

Гигрофиты (растения влажных мест)- аир болотный, вахта трехлистая, рогоз, тростник, камыш (растения увлажнённых мест) – калужница, купальница, гравилет.

Мезофиты (развиваются в условиях нормальной влажности)- растения лугов.

Ксерофиты (растения пустынь)- верблюжья колючка, саксаул (склерофиты), кактусы (суккуленты).

Значение влажности:

1. Влияет на развитие организмов.

2. Стимулирует размножение.

все биохимические реакции идут при участии H₂O

3. Регулирует ход обменных процессов H₂O – прекрасный растворитель

H₂O осуществляет транспорт веществ.

4. Регулирует активность и другие поведенческие реакции организмов.

5. Обеспечивает тургор и транспирацию.

Приспособления организмов к экономии влаги
(приспособления к жизни на суше

у растений

· механизм устьичных движений (ритмичность – обычно суточная);

· устьица – на нижней стороне листа;

· листья покрыты толстой восковой кутикулой;

· мелкие кожистые листья;

· листья редуцированы (чешуи, иглы);

· на листьях – опушение (волоски);

· у кактусов ночью устьица открыты (поглощается CO₂), днём – закрыты;

· запас воды в листьях и стеблях;

· сбрасывание листьев в сухой период;

· эвкалипт поворачивает лист ребром к солнцу.

у животных

· у насекомых узкий вход в трахеи, восковой налёт на кутикуле;

· у рептилий кожа покрыта чешуйками, пластинками, щитками; тазовые почки

· интенсивно реабсорбируют воду.

Минеральный состав почвы

Важную роль в жизни организмов играет такой абиотический фактор как минеральный состав почвы.

Отсутствие или недостаточное количество ряда микроэлементов в воде и пище приводит к развитию эндемических болезней (свойственных только данной местности). Например, недостаток йода в воде приводит к появлению эндемического зоба у человека; отсутствие кобальта в почве приводит к гибели крупного рогатого скота и т.д.

Повышение содержания какого-нибудь элемента в почве также приводит к нарушению роста и развития животных и растений. Появляются так называемые монстрозные формы (крупные цветки, листья, изменение цвета, формы и т.д.). То есть по внешним проявлениям можно судить об интенсивности действия данного фактора и оценивать экологическую ситуацию в конкретном районе.

Давление

Влияет на процессы размножения (постоянное низкое давление приводит к мужскому бесплодию); регулирует активность особей; действует аритмично.

Организмы (по отношению к давлению)

Эврибаты Стенобаты

Ветер

1. Регулирует транспирацию.

2. Осуществляет перенос пыльцы (анемофилия – опыление растений при помощи ветра).

3. Определяет форму растений.

4. Осуществляет распространение семян (анемохория).

5. Передает запахи.

6. Регулирует количество летающих форм (например, на островах насекомые с короткими и длинными крыльями приспособились к условиям среды, а со средними по величине крыльями сносятся ветром в океан).

1. Геологические факторы: землетрясения,извержения вулканов, движение, ледников, радиоактивные, излучения и др

2. Орографические факторы: рельеф местности

3. Эдафические (почвенно-грунтовые): плотность, структура, pH, химический состав и др

4. Гидрологические факторы: Солёность, течения, давление и др.

Таким образом, все абиотические факторы можно разделить на 3 группы:

· физические

· химические

· эдафические

Биотические факторы

Биотические факторы – это формы воздействия живых организмов друг на друга и на среду обитания. Они регулируют экологическую структуру популяций.

Иногда выделяют антропогенный фактор (различные формы деятельности человека), но т.к. человек- существо биологическое, то его воздействие на среду обитания можно включить отдельной группой в биотические факторы.

Факторы питания:

1. Количество пищи.

2. Качество пищи.

Факторы питания.

Введем понятия: продуцент, консумент.

Продукция – ассимиляция веществ и включение их в организмы. Если при этом используется энергия солнечного света, то говорят об организмах- продуцентах 1-го порядка. Растения – это продуценты 1-го порядка на Земле.

Если используется химическая энергия, заключенная в органических веществах, то говорят о продуцентах 2-го, 3-го и т.д. порядка. Травоядные животные – продуценты 2-го порядка.

Зелёные растения (водоросли, высшие растения) на самом деле не только продуценты, но и консументы, т.е. организмы, потребляющие уже готовые органические вещества (они ведь не только фотосинтезируют, но и используют ассимилированные вещества). Но их роль в создании биомассы настолько велика, что условно их считают истинными продуцентами.

Продуцент и консумент – это просто различные стороны активности одного и того же организма.

Все первичные продуценты – автотрофы, т.е. организмы, превращающие неорганические вещества в органические с помощью световой и химической энергии (хемотрофы).

Животные – гетеротрофы, они строят органическое вещество своего тела, используя химическую энергию, заключенную в пище.

Пища – это экологический фактор.

Основной способ питания растений – фотосинтез, в процессе которого СО₂ восстанавливается до углеводов под действием солнечного света.

Но растительная масса формируется не только за счет продуктов фотосинтеза, её прирост часто лимитируется количеством азота. При недостатке азота растения остаются низкорослыми, имеют мелкоклеточные ткани и грубые клеточные стенки.

Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Оно поступает либо из минералов, либо становится доступным в результате минерализации органического вещества.

Все элементы в форме ионов накапливаются в клеточном соке (после сжигания растения минеральные вещества остаются в виде золы).

Жизненно необходимыми и незаменимыми являются основные элементы ми- нерального питания (которые нужны в больших количествах): Na, P, S, K, Ca, Mg, а также микроэлементы: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl.

Есть элементы, которые требуются только для определенных групп растений:

Co- для бобовых;

Al- для папоротников;

Si- для диатомовых водорослей и т.д.

Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и беспрепятственного развития нужно, чтобы растения получали питательные вещества (включая микроэлементы) не только в достаточных количествах, но и в определенных соотношениях (для культурных растений этот вопрос изучен довольно хорошо).

Рассмотрим роль питания в жизни животных. Все формы их жизнедеятельности зависят от количества пищи (при этом, конечно же, и от качества). Особенность действия пищевого фактора для животных состоит в том, что экологический смысл имеет только нижний предел выносливости: в случае недостатка пищи она служит важным лимитирующим фактором (избыток пищи не лимитирует развитие особей).

Недостаток пищи как лимитирующий фактор влияет на плодовитость и скорость развития животных.

Пищевой фактор влияет и на географическое распространение: желудевый долгоносик – там, где растут дубы; клесты – в ельниках.

Суточные и сезонные миграции в большинстве случаев связаны с потребностью в питании: олени ночью пасутся на лугах, а днем отдыхают в лесу; летучие мыши день проводят в пещерах, ночью летают в поисках пищи. Ежегодные перелеты птиц с севера на юг – чтобы избежать зимней бескормицы.

Вывод: с пищей животные и растения получают:

Энергию, необходимую для жизнедеятельности.

Питательные вещества для построения тканей тела и выполнения всех физиологических функций.

Пища- это важный экологический фактор. Требования к пище могут меняться в зависимости от состояния организма, времени года и т.д.

Большое значение имеет не только количество, но и качественный состав пищи.

Своеобразие (природа) пищевого материала называется пищевым режимом.

Классификация организмов по типу пищевого режима

Фитофаги (пища – растения).

Зоофаги (пища – животные организмы).

Детритофаги (пища – разлагающиеся растения и мелкие частицы разлагающихся животных).

 

Биофаги

Некрофаги

Копрофаги