Среда и условия существования организмов. Занятие факторы среды

Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.

Среда - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Например, заяц-беляк (Lepus timidus) в лесу вступает в определенные взаимоотношения с пищей, водой, химическими соединениями, кислородом, без которых он обойтись не может, в то время как ствол дерева, пень, кочка, валун на его жизнь не оказывают существенного влияния. Заяц вступает с ними во временные связи (укрытие от врага, непогоды), но не обязательные связи.

Условия жизни, или условия существования, - это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях - от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами (табл. 3.1).

Многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.

Абиотические факторы - это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.

Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. В отдельных случаях антропогенные факторы выделяют в самостоятельную группу факторов наряду с абиотическими и биотическими, подчеркивая тем самым чрезвычайное действие антропогенного фактора. Соглашаясь с вышеуказанным, мы все же считаем более правильным классифицировать его как часть факторов биотического влияния, так как понятие «биотические факторы» охватывает действия всего органического мира, к которому принадлежит и человек.

Таблица 3.1

Различные подходы к классификации экологических факторов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
АБИОТИЧЕСКИЕ		БИОТИЧЕСКИЕ
Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, течения, долгота дня и т. д. Механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость		Влияние растений на других членов биоценоза Влияние животных на других членов биоценоза Антропогенные факторы, возникающие в результате деятельности человека
ПО ВРЕМЕНИ	ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ			ПО ОЧЕРЕДНОСТИ
Эволюционный Исторический	Периодический Непериодический			Первичный Вторичный
ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ			ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Космический Абиотический (абиогенный) Биогенный Биотический Биологический Природно-антропогенный Антропогенный (в том числе техногенный, загрязнение среды, в том числе беспокойстве			Атмосферный Водный (влажности) Геоморфологический Эдафический Физиологический Генетический Популяционный Биоценотический Экосистемный Биосферный

Совокупность факторов одного рода составляет верхний уровень понятий. Нижний уровень понятий связан с познанием отдельных экологических факторов.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Экологические факторы могут выступать то в виде прямодействующего, то в виде косвенного. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например силой и диапазоном действия.

Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, другие - относительно сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т. д.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект - пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому лучше здесь говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т. е. максимальная и минимальная, пригодные для жизни температуры, - это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т. е. речь идет о стрессовых зонах или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости (рис. 3.1). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, а в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

Рис. 3.1. Зависимость действия экологического фактора

от его интенсивности

Подобные эксперименты можно провести и для проверки влияния других факторов. Результаты графически будут соответствовать кривой подобного же типа.

Повторяемость наблюдаемых тенденций дает возможность сделать заключение, что здесь речь идет о фундаментальном биологическом принципе. Для каждого вида растений (животных) существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора.

При значении фактора, близком к пределам выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей жизнедеятельности - скорости роста, выживаемости и т. п.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием «экологическая пластичность» (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность.

Виды, способные существовать при небольших отклонениях от фактора, от оптимальной величины, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора - широкоприспособленными. К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, нормальная жизнь которых сохраняется при низком содержании солей в среде. Для большинства обитателей морей, наоборот, нормальная жизнедеятельность сохраняется при высокой концентрации солей в окружающей среде. Отсюда пресноводные и морские виды обладают невысокой экологической пластичностью по отношению к солености. В то же время, например, трехиглой колюшке свойственна высокая экологическая пластичность, так как она может жить как в пресных, так и в соленых водах.

Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros - широкий): маловыносливые - стенобионтными (stenos - узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Экологическая пластичность видов (по Ю. Одуму, 1975)

Отношение организмов к колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки «эври-» или «стено-» к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей - эвристеногалинные, к свету - эври- и стенофотные и др. По отношению ко всем факторам среды эврибионтные организмы встречаются редко. Чаще всего эври- или стенобионтность проявляется по отношению к одному фактору. Так, пресноводные и морские рыбы будут стеногалинными, тогда как ранее названная трехиглая колюшка - типичный эвригалинный представитель. Растение, являясь эвритермным, одновременно может относиться к стеногигробионтам, т. е. быть менее стойким относительно колебаний влажности.

Эврибионтность, как правило, способствует широкому распространению видов. Многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность обычно ограничивает ареалы. В то же время, нередко благодаря высокой специализированности, стенобионтам принадлежат обширные территории. Например, рыбоядная птица скопа (Pandion haliaetus) - типичный стенофаг, а по отношению же к другим факторам является эврибионтом, обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие расстояния и занимает значительный ареал.

Все факторы среды взаимосвязаны, и среди них нет абсолютно безразличных для любого организма. Популяция и вид в целом реагируют на эти факторы, воспринимая их по-разному. Такая избирательность обусловливает и избирательное отношение организмов к заселению той или иной территории.

Различные виды организмов предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, температуре, влажности, свету и т. д. Поэтому на разных почвах, в разных климатических поясах произрастают различные растения. С другой стороны, в растительных ассоциациях формируются разные условия для животных. Приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные экосистемы, объединяющиеся в биосферу Земли. Следовательно, к каждому из факторов среды особи и формирующиеся из них популяции приспосабливаются относительно независимым путем. Экологическая валентность их по отношению к разным факторам оказывается неодинаковой. Каждый вид обладает специфическим экологическим спектром, т. е. суммой экологических валентностей по отношению к факторам среды.

(Документ)

Лекции по экологическим проблемам мира (Лекция)

Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Ибатуллин У.Г. Экология Башкортостана (Документ)

Тесты - Экология (Документ)

Реферат - Антропоэкология и экология городов (Реферат)

Популяционная экология, экология сообществ (синэкология) (Документ)

n1.doc

Основы общей экологии.

2.1. Среда и условия существования организмов.

Среда – всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д.

Среда каждого организма слагается из множеств неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы необходимы организму, другие безразличны для него, третьи оказывают вредное воздействие.

Условия существования , или условия жизни – совокупность необходимых организму элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Элементы среды как необходимые организму, так и отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами .

Экологические факторы принято делить на три основные группы: абиотические, биотические и антропические.

Абиотические факторы – комплекс условий неорганической и органической среды, влияющих на организм. Абиотические факторы подразделяются на химические (химический состав воздуха, океана, почвы и др.) и физические (температура, давление, ветер, влажность, свет, радиационный режим и др.).

Антропические факторы – совокупность воздействий деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования человек оказывает влияние на среду (за счёт дыхания ежегодно в атмосферу поступает примерно 1,1·10 12 кг СО 2 и др.) и неизмеримо большее производственной деятельностью во всё возрастающей степени.

Влияние на организм абиотических факторов может быть прямым и косвенным (опосредованным). Так, например, температура среды определяет скорость физиологических процессов в организме и, соответственно, его развитие (прямое влияние); в то же время, влияя на развитие растений, являющихся кормом для животных, она оказывает на последних косвенное воздействие.

Эффект действия экологических факторов зависит не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура, яркий свет или темнота и др.). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Причем, для каждого организма существует свой набор факторов, наиболее для него благоприятный.

Чем больше доза факторов отклоняется от оптимальной для данного вида величины (увеличение или уменьшение), тем сильнее угнетается его жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности ).

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для организма (его жизнедеятельности), называется оптимумом , а дающая наихудший эффект – пессимумом .

Организмы могут приспосабливаться во времени к изменению факторов. Свойство видов адаптироваться к изменению диапазонов экологических факторов называется экологической пластичностью (экологической валентностью ). Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его толерантности (выносливости).

Экологически непластичные (маловыносливые) виды называются стенобионтными (от греч. stenos – узкий), более пластичные (выносливые) – эврибионтными (от греч. eurys – широкий). Виды организмов, длительное время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и приобретают черты стенобионтности; виды, существовавшие в условиях значительного изменения факторов среды, становятся эврибионтными.

Отношение организмов к колебаниям того или иного фактора среды выражается прибавлением приставок стено - и эври - (стено- и эвритермные, стено- и эврифотные и т.п.).

Исторически приспосабливаясь к абиотическим фактором среды и вступая в биотические связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные биогеоценозы , в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.

Биогеоценоз – территориально (пространственно) обособленная целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны друг с другом.

Все экологические факторы действуют на организм одновременно и во взаимодействии. Такая совокупность их называется констелляцией . Поэтому оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то одному фактору зависят от других. Причем, если интенсивность хотя бы одного фактора выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Такой фактор называется ограничивающим . Особым случаем принципа ограничивающих факторов является правило минимума, сформулированное Либихом (немецкий химик) для характеристики урожайности сельскохозяйственных культур: вещество, находящееся в минимуме (в почве, в воздухе), управляет урожаем и определяет величину и устойчивость последнего.

2.2. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов.

2.2.1. Свет.

Свет является одним из важнейших экологических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Основным источником света для Земли является Солнце, излучающее огромное количество энергии, в том числе электромагнитной. Приближённый состав последней по длине волны ( , нм ) следующий: 48% – инфракрасная ( = 1·10 6 …760); 50% – видимая ( = 760…360); 2% – ультрафиолетовая ( = 360…10) и ионизирующая (
Ультрафиолетовое излучение с  нм губительно для жизни, с  = 250…360 н м – стимулирует у животных образование витамина D , а с  = 200…300 нм губительно для микроорганизмов.

Электромагнитное излучение с  = 380…400 нм обладает высокой фотосинтетической активностью.

Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами как тепло.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет, за счет которого образуется хлорофилл и осуществляется важнейший в жизни биосферы процесс фотосинтеза (образование органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии). Фотосинтез обеспечивает планету органическими веществами и аккумулированной в них солнечной энергией.

В общем балансе энергии Земли солнечная составляет ~ 99,9 % . Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 % , то ~ 19 % её поглощается атмосферой, ~ 34 % отражается в космос и ~ 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной электромагнитной энергии. Прямая электромагнитная энергия представляет собой спектр излучения с  от 0,1 до 30000 нм . Ультрафиолетовая часть этого спектра составляет 1…5 % , видимая 16…45 % , инфракрасная 49…84 % . Количество рассеянной электромагнитной энергии возрастает с уменьшением высоты стояния Солнца над горизонтом и увеличением мутности атмосферы. Спектральный состав электромагнитного излучения безоблачного неба характеризуется максимальной энергией с  = 400…480 нм .

Из спектра ультрафиолетового излучения до поверхности Земли доходит только длинноволновая часть с  = 290…380 нм , а его коротковолновая составляющая, губительная для всего живого, практически полностью поглощается озоном стратосферы на высоте 20…25 км . Длинноволновая часть спектра ультрафиолетового излучения обладает большой энергией фотонов, что обусловливает его высокую фотохимическую активность. Большие дозы этого излучения вредны для организмов, а небольшие необходимы многим из них. В диапазоне  = 250…300 нм ультрафиолетовое излучение обладает мощным бактерицидным действием, способствует образованию у животных антирахитичного витамина D, а при  = 200…380 н м инициирует «загар» кожного покрова человека, что является защитной реакцией организма. Инфракрасное электромагнитное излучение с  > 750 нм оказывает тепловое воздействие на организмы.

С областью видимой электромагнитной энергии, воспринимаемой глазом человека, практически совпадает физиологически активная электромагнитная энергия ( = 300…800 нм ), в пределах которой находится фотосинтетически активный диапазон  = 380…710 нм . Область физиологически активной электромагнитной энергии принято делить на ряд зон: ультрафиолетовую (УФ) –  нм; сине-фиолетовуую (С-Ф) –  = 400…500 нм ; жёлто-зелёную (Ж-З) –  = 500…600 нм ; оранжево-красную (О-К) –  = 600…700 нм и дальнюю красную (ДК) –  > 700 нм .

Из всего потока фотосинтетически активной электромагнитной энергии, достигающей земной поверхности, около 0,2 % кумулируется растениями, благодаря уникальной реакции фотосинтеза по схеме

CO 2 + H 2 O + солн . энергия хлорофилл CH 2 O + O 2
Скорость фотосинтеза зависит от вида растения, интенсивности света, температуры, концентрации СО 2 и других факторов. Например, в средней полосе России у большинства сельскохозяйственных (сх) растений скорость фотосинтеза достигает 20 мг СО 2 на 1 дм 2 листовой поверхности в час .

Фотосинтез практически не происходит в желто-зелёной части спектра видимого излучения.

В целом свет влияет на: скорость роста и развития растений; интенсивность фотосинтеза; активность животных; изменение влажности и температуры среды; суточные и сезонные биоциклы, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси и движением вокруг Солнца.

На жизнедеятельность организмов влияет также световой режим – совокупность освещенности (лк , Вт/м 2), количества света (суммарное количество электромагнитной энергии) и качества света (спектральный состав). Световой режим зависит от широты местности, рельефа, мутности атмосферы, подстилающей поверхности, облачности и других факторов.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), тенелюбивые (тенелюбы), теневыносливые.

Световые виды (гелиофиты ) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и образуют разреженный и невысокий растительный покров (например, подсолнечник).

Теневые виды (сциофиты ) растут под пологом леса в постоянной тени (например, лесные травы).

Теневыносливые виды (факультативные гелиофиты ) могут расти как при хорошем освещении, так и в условиях затенения (большинство растений лесов).

Изменение специфичности светового режима в первых двух группах ведет к угнетению их жизнедеятельности вплоть до гибели.

Свет является важнейшим средством ориентации животных. У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов: положительного (перемещение в сторону большей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону меньшей освещенности).

Световой режим оказывает влияние на географическое распространение животных.

Определенную роль в жизнедеятельности животных имеет биолюминесценция – способность организмов светиться. Происходит это в результате окисления органических веществ – люциферинов в ответ на раздражения, поступающие из окружающей среды. Биолюминесценция имеет сигнальное значение в жизни животных, например, для привлечения особей противоположного пола в ночное и сумеречное время у жуков – светляков.

Таким образом, растениям свет необходим в основном для фотосинтеза, а животным в основном для получения информации об окружающей их среде.

2.2.2. Теплота (температура).

Теплота – совокупность различных видов внутренней энергии вещества (энергия колебательного движения атомов и молекул, энергия межатомных и межмолекулярных связей и др., за исключением внутриатомной и ядерной энергии).

Температура – параметр, отражающий среднюю кинетическую скорость колебательного движения атомов и молекул в веществе.

От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а также скорость химических реакций, составляющих обмен веществ. Поэтому границы существования жизни - это температуры, при которых возможно образование и нормальное функционирование белков (в среднем от 0 до +50 о С ). Однако некоторые организмы, обладая специализированными ферментными системами, могут существовать при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Виды организмов, предпочитающие холод образуют экологическую группу криофилов . Они могут сохранять активность при температуре клеток до (–8)…(–10 о С ), когда жидкая фаза их тела находится в переохлажденном состоянии (бактерии, грибы, мхи, лишайники и др., обитающие в Арктике, высокогорьях и т.п. местах).

Виды организмов, приспособившиеся к существованию в условиях высоких температур, относятся к группе термофилов . Они могут активно существовать при температуре среды до

90…98 о С (личинки насекомых, организмы, живущие на поверхности почвы и в разлагающихся органических остатках, а также ряд микроорганизмов).

Температурные границы существования жизни для многих видов расширяются в их латентном состоянии (скрытый период жизни). Так, споры некоторых бактерий в течение нескольких минут выдерживают нагревание до +180 о С , а обезвоженные семена, пыльца и споры некоторых растений выдерживали температуру (–271,16 о С ) с последующим возвращением к жизни. В этом случае все молекулы находятся в состоянии практически полного покоя и никакие биохимические реакции невозможны. Такое состояние организма (приостановка всех жизненных процессов) называется анабиоз . Из него к нормальной жизнедеятельности организм может возвратиться только при отсутствии нарушений структуры макромолекул в его клетках.

Нестабильность температуры окружающей среды создает существенную экологическую проблему. Так, понижение температуры вызывает опасность такого замедления обмена веществ, при котором невозможно проявление основных жизнедеятельных функций, а повышение температуры может нарушить нормальную жизнедеятельность организма задолго до теплового разрушения ферментов и белков из-за резкого возрастания потребности в пище и кислороде, которые не всегда удовлетворяются.

В ходе эволюции у организмов выработались различные механизмы регулирования обмена веществ при изменении температуры окружающей среды, основные из них следующие:

биохимическая и физиологическая перестройка систем жизнеобеспечения (изменение набора, концентрации и активности ферментов, обезвоживание, понижение точки замерзания растворов тела и др.);
поддержание температуры тела на более стабильном уровне (по сравнению с температурой окружающей среды), что обеспечивает практически постоянную скорость биохимических реакций. Эта стабильность обусловлена процессами выделения тепла как побочного продукта биохимических реакций и теплоотдачи в окружающую среду.

Организмы с низким уровнем обмена веществ и отсутствием приспособленности к сохранению образующегося тепла имеют температуру тела, а, следовательно, и жизненную активность, зависящую от температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (от греч. poikilos – разнообразный) – растения, беспозвоночные животные и др.

Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от изменения её в окружающей среде, называются гомойотермными (от греч. gomoios – одинаковый). Это только 2 высших класса позвоночных – птицы и млекопитающие. Частный случай гомойотермии – гетеротермия характерен для животных, впадающих в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение, при этом обмен веществ замедляется (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.).

У пойкилотермных организмов после холодового угнетения нормальный обмен веществ восстанавливается при температуре, называемой температурным порогом развития и протекает тем интенсивнее, чем выше температура окружающей среды, что ускоряет прохождение всех стадий и всего жизненного цикла организма.

Таким образом, для осуществления генетической программы развития таким организмам необходимо получить из окружающей среды определенное количество теплоты. Эта теплота измеряется суммой эффективных температур. Эффективная температура – положительная разность между температурой окружающей среды и температурным порогом развития организма. Для каждого вида эффективная температура имеет верхние пределы.

Сумма эффективных температур рассчитывается по формуле
? Э.Т. = (t О.С. – t П.Р.)ּn
где: ? Э.Т. – сумма эффективных температур, о С ;

t О.С. – температура окружающей среды, о С ;

t П.Р. – температурный порог развития, о С ;

n – число часов или дней с t О.С. > t П..Р.

Сумма эффективных температур, которая необходима для протекания жизненного цикла, ограничивает географическое распространение видов.

Так как наземная среда обитания имеет большой диапазон колебаний температуры, организмы выработали различные адаптационные механизмы жизнедеятельности в ней.

Так, у растений изменяется химический состав растворов, скорость биохимических реакций, способность поглощать или отражать солнечный свет и другие характеристики.

В отличие от растений, животные, обладающие мышцами, производят гораздо больше собственного внутреннего тепла, что определяет следующие основные пути их температурных адаптаций:

химическое терморегулирование – активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды;
физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток. Это обусловлено особенностями анатомии и физиологии животных (волосяной и перьевой покровы, распределение жировых запасов, наличие испарительной теплоотдачи и т.п.);
поведение организмов – перемещение в пространстве, смена позы и т.п.

Основные способы терморегуляции пойкилотермных организмов (животных) – поведенческие (перемена позы, активный поиск благоприятных микроклиматических условий, смена мест обитания, создание нужного микроклимата за счет, например, рытья нор, сооружения гнёзд и др.).

Эффективным механизмом терморегулирования является испарение воды путем потоотделения через кожный покров или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Так как теплота парообразования воды велика (2,3·10 6 Дж/кг ), таким путем из организма выводится много избыточного тепла. Так, человек в жару за день может выделить до 10…12 л пота, при испарении которого в окружающую среду рассеивается ~ 2,5·10 7 Дж тепловой энергии, что соответствует затрачиваемой мощности ~ 580 Вт .

Поддержание температурного баланса организма теплокровных животных зависит также от отношения поверхности тела к его объему. Так, согласно правилу Бергмана из двух близких видов теплокровных более крупный обитает в холодном, а более мелкий в теплом климате; а в соответствии с правилом Аллена относительные размеры конечностей и других выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) увеличиваются от высоких широт к низким.

Причиной этих изменений являются зависимости теплопродуцирования от массы организма, а теплоотдачи в окружающую среду от поверхности тела.

Терморегуляция при общем высоком уровне окислительных процессов в организме позволяет гомойотермным животным поддерживать свой тепловой баланс (практически постоянную температуру) на фоне широкого диапазона колебаний температуры окружающей среды.

Опираясь на вышеизложенное, можно заключить, что каждая из рассмотренных 2-х групп организмов в аспекте теплового фактора имеет свои экологические выгоды.

2.2.3. Вода (влажность).

Вода является одним из важнейших экологических факторов в жизни наземных организмов. Она составляет основную часть протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных соков. Вода с растворенными в ней веществами обусловливает осмотическое давление клеточных и тканевых жидкостей, а также межклеточный обмен. Содержание воды в организме колеблется от 40 % масс . (стволы деревьев) до 98 % масс . (водоросли).

В процессе эволюции у наземных организмов выработались адаптации, регулирующие водный обмен и расходование влаги.

Дефицит влаги приводит к снижению прироста растений, ограниченности численности организмов, их распространению по земному шару и к другим последствиям.

Важную роль в жизни растений и животных имеет влажность воздуха. Различают абсолютную и относительную влажность воздуха.

Абсолютная влажность отражает концентрацию водяных паров в воздухе и меняется в России от 1,5 г/м 3 (зимой) до 14 г/м 3 (летом).

Относительная влажность характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами и определяется по формуле

, %

где: А – абсолютная влажность воздуха при данных условиях, г/м 3 ;

М – максимально возможная абсолютная влажность воздуха при этих же условиях, г/м 3 .

В экологии наиболее часто учитывается относительная влажность, т.к. она в большей степени влияет на интенсивность испарительных процессов. Широко используется параметр, называемый дефицитом насыщения, который также характеризует интенсивность испарительных процессов.

По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (предпочитающие умеренную влажность).

Наиболее подвержены влиянию водного режима растения, т.к. они не могут передвигаться в поисках необходимой среды.

По отношению к колебанием водоснабжения и испарения растения делят на пойкилогидрические и гомойогидрические . У первых количество воды в тканях непостоянно и зависит от влажности среды (мхи, папоротники и др.). Вторые способны поддерживать относительное постоянство содержания воды в тканях и меньше зависят от условий среды (большинство высших растений).

У наземных животных водообеспечение осуществляется тремя основными путями: через питье; с сочной пищей; в результате метаболизма (за счет окисления и расщепления жиров, белков и углеводов).

Потеря воды у животных происходит путем испарения и выделения мочи, а так же с остатками непереваренной пищи. Излишняя потеря воды опасна для животных и может привести к гибели их скорее, чем голодание.

Виды животных, получающие воду в основном через питье, тяготеют к водоемам (крупные млекопитающие, птицы).

Многие животные могут обходиться без питьевой воды, получая её из воздуха, почвы, пищи и др. способами (мелкие пустынные животные).

В процессе эволюции животные выработали следующие адаптации к поддерживанию водного баланса: поведенческие (поиски водоемов, рытье нор и др.); морфологические (раковины наземных улиток, ороговевшие покровы рептилий и др.); физиологические (образование метаболической воды, экономия воды при выделении мочи и кала, регулирование потоотделения и др.).

Выносливость к обезвоживанию выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам. Так, для человека потеря воды, превышающая 10% массы тела, смертельна, в то же время верблюды переносят потери воды до 27 % , овцы – до 23 % , собаки – до 17 % .

Экономия воды, выводимой через почки, достигается перестройкой азотного обмена. Так, у водных организмов при распаде белков образуется аммиак (NH 3), на выведение которого тратится много воды, а у наземных млекопитающих – мочевина (карбамид) (СО (NH 2) 2), которая является менее токсичным продуктом и может накапливаться в организме, не причиняя ему особого вреда, а, следовательно, выводиться в более концентрированном виде при меньшем количестве воды.

У пойкилотермных животных нагревание тела в результате повышения температуры воздуха позволяет избегать излишних потерь воды, которая тратится у гомойотермных животных для поддержания постоянной температуры. Этот фактор используют и некоторые животные с хорошей терморегуляцией. Например, верблюды способны на некоторое время «отключать» терморегуляцонные испарения. Летом в утренние часы температура тела его ~ 35 о С , а днем в жару достигает 40,7 о С , т.е. почти до предела выносливости. Это позволяет животному экономить на испарении до 5 л воды за сутки.

Среда -- это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Условия жизни, или условия существования, -- это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям -- одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях -- от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами .

Многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.

Абиотические факторы -- это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.

Биотические факторы -- это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. В отдельных случаях антропогенные факторы выделяют в самостоятельную группу факторов наряду с абиотическими и биотическими, подчеркивая тем самым чрезвычайное действие антропогенного фактора.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвенно-действующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Экологические факторы могут выступать то в виде прямодействующего, то в виде косвенного. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например силой и диапазоном действия.

Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, другие -- относительно сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т. д. биосфера организм вода вещество

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект -- пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать.

Окружающая среда ? это всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние и функционирование (развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д.). Среда, обеспечивающая возможность существования организмов на Земле, очень разнообразна. На нашей планете можно выделить четыре качественно отличные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почву и живой организм.

Водная среда

Вода служит средой обитания многих организмов. Из воды же они получают все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Поэтому как бы ни было высоко разнообразие водных организмов, все они должны быть приспособлены к главным особенностям жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и химическими свойствами воды.

В толще воды постоянно находится большое число мелких представителей растений и животных, ведущих жизнь во взвешенном состоянии. Способность их к парению обеспечивается не только физическими свойствами воды, обладающей выталкивающей силой, но и специальными приспособлениями самих организмов. Например, многочисленными выростами и придатками, значительно увеличивающими поверхность тела относительно массы и, следовательно, повышающими трение об окружающую жидкость.

К передвижению в водной среде животные приспособлены по-разному. Активные пловцы (рыбы, дельфины и др.) имеют характерную обтекаемую форму тела и конечности в виде плавников. Их быстрое плавание облегчается также особенностями строения внешних покровов и наличием специальной смазки? слизи, снижающей трение о воду.

У некоторых водных жуков выпущенный из дыхалец отработанный воздух задерживается между телом и надкрыльями благодаря не смачиваемым водой волоскам. С помощью такого приспособления водное насекомое быстро поднимается на поверхность воды, где выпускает воздух в атмосферу. Многие простейшие передвигаются при помощи колеблющихся ресничек (инфузории) или жгутиков (эвглена).

Вода обладает очень высокой теплоемкостью, т. е. свойством накапливать и удерживать тепло. По этой причине в воде не бывает резких колебаний температуры, которые часто случаются на суше. Воды полярных морей могут быть очень холодными? близкими к замерзанию. Однако постоянство температуры позволило развиться ряду приспособлений, обеспечивающих жизнь даже в этих условиях.

Одним из наиболее важных свойств воды является способность растворять в себе другие вещества, которые могут использоваться водными организмами для дыхания и питания.

Для дыхания необходим кислород. Поэтому насыщенность им воды имеет очень большое значение.

Количество растворенного в воде кислорода уменьшается с увеличением температуры. Причем в морской воде кислород растворяется хуже, чем в пресной. По этой причине воды открытого моря тропического пояса бедны живыми организмами. И наоборот, в полярных водах, где больше кислорода, наблюдается обилие планктона? мелких рачков, которыми кормятся представители богатой фауны, включая рыб и крупных китообразных.

Дыхание водных организмов может совершаться всей поверхностью тела или специальными органами? жабрами. Для успешности дыхания необходимо, чтобы вблизи тела происходило постоянное обновление воды. Это достигается различными рода движениями. Для многих организмов необходимо поддержание постоянного тока воды. Это может обеспечиваться движением самого животного или особыми приспособлениями, например колеблющимися ресничками или щупальцами, которые производят возле рта водоворот, загоняющий в него пищевые частицы.

Очень важным для жизни является солевой состав воды, особенное значение для организмов имеют ионы Са 2+ . Моллюскам и ракообразным кальций совершенно необходим для построения раковины или панциря. Концентрация солей в воде может сильно изменяться. Вода считается пресной, если в ней содержится менее 0,5 г на литр растворенных солей. Морская вода отличается постоянством солености и содержит в среднем 35 г солей в одном литре.

Наземно-воздушная среда

Наземно-воздушная среда, освоенная позже в ходе эволюции водной, более сложна и разнообразна. Ей свойствен более высокий уровень организации живого.

Наиболее важным фактором жизни пребывающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани? внутренний и наружный скелет. Формы движения крайне разнообразны: бегание, прыгание, ползание, полет и т. д. По воздуху передвигаются птицы и многие насекомые. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.

Воздушные массы характеризуются огромным объемом и постоянно находятся в движении. Температура воздуха может меняться очень быстро и на больших пространствах. Поэтому живущие на суше организмы имеют многочисленные приспособления, позволяющие выдерживать резкие изменения температуры или избегать их. Наиболее замечательным приспособлением является развитие теплокровности, возникшее именно в наземно-воздушной среде.

В целом воздушно-наземная среда более разнообразна, чем водная; условия жизни здесь сильно меняются во времени и в пространстве. Эти изменения заметны даже на расстоянии в несколько десятков метров, например, на границе леса и поля, на разной высоте в горах, даже на разных склонах небольших холмов. Вместе с тем, здесь слабее выражены перепады давления, но часто возникает недостаток влаги. Поэтому у наземных обитателей развиты приспособления, связанные с обеспечением организма водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных, помимо особенностей строения внешних покровов, это и особенности поведения, способствующие поддержанию водного баланса, например миграции к водопоям или избегание иссушающих условий.

Большое значение для жизни наземных организмов имеет состав воздуха (79 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % углекислого газа), который обеспечивает химическую основу жизни. Так, снижение удельного количества кислорода в воздухе в зависимости от повышения высоты местности определяет верхнюю границу жизни животных. Люди, например, никогда не образовывали постоянных поселений на высоте свыше 6000 м над уровнем моря.

Углекислый газ (диоксид углерода) является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.

Почва

Почва как среда обитания? верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными деятельностью почвенных обитателей. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими её частями. Жизнь почвы необычайна богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие - часть жизни. Огромную роль играет почва в жизни растений.

Условия жизни в почве во многом определяются климатическими факторами, важнейшим из которых является температура.

Тела организмов

От понятия «среда обитания» следует отличать понятие «условия существования» - совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

Экологические факторы. Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.

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).

Абиотические факторы делят на физические, или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Антропогенные (антропические) факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

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.

Среда - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие - необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Например, заяц-беляк (Ьерш йпи[ ...]

Условия жизни, или условия существования - это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.[ ...]

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям-одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающая самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях -от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.[ ...]

Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, течения, долгота дня и т. д.[ ...]

Многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.[ ...]

Абиотические факторы - это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.[ ...]

Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. В отдельных случаях антропогенные факторы выделяют в самостоятельную группу факторов наряду с абиотическими и биотическими, подчеркивая тем самым чрезвычайное действие антропогенного фактора. Соглашаясь с этим, все же более правильно классифицировать его как часть факторов биотического влияния, так как понятие «биотические факторы» охватывает действия всего органического мира, к которому принадлежит и человек.[ ...]

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Те и другие могут оказывать существенные воздействия на жизнь отдельных организмов и на все сообщество. Экологические факторы могут выступать то в виде прямодействующего, то в виде косвенного. Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например, силой и диапазоном действия.[ ...]