лекции биология / ЭколЧеб

Основы экологии

Экологические факторы.

Жизнь растений и животных невозможна вне окружающей среды. Закономерностями, возникающими при взаимодействии организмов со средой, занимается экология. Среда - это окружающий нас материальный мир, мир живой (органической) и неживой (неорганической) природы. Элементы окружающей среды, оказывающие определенное воздействие на организмы, называют экологическими факторами.

Многообразные экологические факторы подразделяют на две группы - абиотические и биотические.

К абиотическим факторам относят проявление свойств неживой природы, к биотическим - влияние живой природы, в том числе воздействие человека (антропогенные факторы). Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов, и, прежде всего на их обмене веществ.

Абиотические экологические факторы.

В процессе эволюционного развития каждый вид организмов приспособился к определенной географической области, то есть имеет свой ареал. Существование каждого вида организмов ограничено определенным максимумом и минимумом, каких - либо факторов, оказывающих ограничивающее действие на его жизненно важные функции. К действию каждого фактора у любого вида организмов существуют крайние границы терпимости - ограничивающий фактор.

Ограничивающий фактор - фактор среды, выходящей за пределы выносливости организма (за пределы допускаемого максимума и минимума): света, влаги, температуры и т.д. Но существует и оптимальный фактор, при котором развитие организма происходит при наиболее благоприятной интенсивности экологического фактора (свет, температура, воздух и т.д.). Так, крайние температурные границы, при которых происходит развитие яйца аскариды - это 12 - 40^оС, оптимум составляет 25^оС.

Для всех организмов существуют свои границы по каждому экологическому фактору. Границы, за пределами которых невозможно существование организма (верхние слои атмосферы, горячий источник), называются пределами выносливости.

Приспособление организмов к условиям среды может быть быстрыми и обратимыми или довольно медленными, что зависит от глубины воздействия фактора. Организмы, которые могут жить и довольно разнообразных условиях внешней среды, называются эврибионтными (от греч. "эврос" - широкий). Например, медведь бурый живет в условиях холодного и теплого климата, в сухих и влажных районах, питается разнообразной растительной и животной пищей. Стенобионтные организмы (от греч. "стенос" - узкий) приспособлены к существованию лишь в узком диапазоне условий среды. Например, форель может жить только в чистых холодных горных реках. Стенобионтами являются большинство внутренних и внешних паразитов, глубоководные рыбы и др.

Свет

Это наиболее важный физический фактор на Земле, который оказывает огромное биологическое влияние на организмы. Биологическое действие солнечного света обуславливается его спектральным составом, интенсивностью, суточной и сезонной периодичностью. Разные участки солнечного спектра неравнозначны по биологическому действию.

Ультрафиолетовая часть характеризуется самой высокой энергией квантов и высокой фотохимической активностью. С помощью ультрафиолетовых лучей в организме животных осуществляется биосинтез витамина D. Эти лучи лучше всего воспринимаются зрением многих насекомых, у растений они способствуют синтезу некоторых биологически активных соединений (витаминов, пигментов).

Инфракрасные лучи несут основное количество тепловой энергии. Это приводит к нагреванию всего организма, что имеет большое значение для холоднокровных животных (насекомых, рептилий и др.). Важнейшими функциями инфракрасных лучей по отношению к растениям являются осуществление транспирации, с помощью которой из листьев отводится водяными парами излишек тепла, а также создание оптимальных условий для вхождения углекислого газа через устьица.

Потребность организмов в периодической смене определенной продолжительности дня и ночи называется фотопериодизмом.

Регулируемая фотопериодизмом реакция организмов на изменение времен года (при наступлении осеннего короткого дня опадают листья с деревьев, и готовятся к перезимовке животные; при наступлении весеннего длинного дня пробуждаются растения и восстанавливается жизненная активность животных) называется сезонным периодизмом. Реакция организмов в течение суток на периоды света и темноты определенной длительности (покой и активность у животных, суточные ритмы движения цветков и листьев у растений, ритмичность деления клеток, процесса фотосинтеза и т.д.) называется биологическими часами.

Температура

Температура является важным ограничивающим фактором. У большинства организмов процессы жизнедеятельности протекают в пределах от -4^оС до 40 - 45^оС. Этим объясняется скудность форм в арктических областях и в условиях пустынь. Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности и роста, называется оптимальной. Например, отдельные виды бактерий и сине-зеленых водорослей могут существовать в горячих источниках при температуре около 80^оС. Полярные воды с температурой от 0 до -2^оС населены разными представителями животного и растительного мира - беспозвоночными, рыбами, водорослями.

В природных условиях температура очень редко держится на уровне, благоприятном для жизни. Поэтому у растений и животных возникают специальные приспособления, которые ослабляют резкие колебания температуры.

1. Теплокровность - способность к терморегуляции организма у млекопитающих и птиц, одно из самых важных прогрессивных приспособлений.

2. Зимняя спячка - приспособление животных к перенесению зимнего периода (зимний сон).

3. Анабиоз - временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных животных зимой и в жаркий период лета).

4. Морозостойкость - способность организмов выносить низкие отрицательные температуры.

5. Состояние покоя. Зимний покой - приспособительное свойство многолетнего растения, для которого характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности, отмирание надземных побегов у травянистых жизненных форм и опадание листьев у древесных и кустарниковых форм.

Летний покой - приспособительное свойство раннецветущих (тюльпан, шафран, пролеска), растений тропических районов, пустынь и полупустынь.

Состояние покоя разной длительности характерно также для свежесобранных семян, плодов, клубней, луковиц, корнеплодов.

Влажность.

Один из наиболее важных факторов среды. Недостаток воды является причиной ограничения жизнедеятельности и географического распространения наземных организмов.

По приуроченности к местообитаниям с различными условиями увлажнения выделяют следующие основные формы наземных растений: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

Гигрофиты - растения влажных местообитаний. Для многих из них характерны тонкие цельные голые или с небольшим опушением листья с малым числом устьиц. К гигрофитам относятся: калужница болотная, дербенник иволистный, подмаренник болотный, рис, росянка, папирус, а также папоротники и орхидные. Избыточная влага у гигрофитов выделяется с помощью специальных водяных устьиц - гидатод, располагающихся по краям листьев.

Мезофиты - это растения, приспособленные к жизни в условиях умеренного увлажнения. В основном это растения, произрастающие на лугах и в лесах. К мезофитам относятся эфемеры и эфемероиды, которые быстро заканчивают свой вегетационный период (не более 4 - 6 недель) и засушливое время переживают в виде семян (эфемеры) либо в виде покоящихся луковиц, клубней и корневищ (эфемероиды).

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить недостаток влаги (почвенной, атмосферной). У многих ксерофитов выработались анатомо-морфологические особенности, направленные на уменьшение испарения влаги либо на добывание воды из глубоких почвенных горизонтов. У многих ксерофитов уменьшена площадь поверхности листьев, их опушение очень обильное (коровяк). Пустынные и полупустынные ксерофиты обладают глубокими корневыми системами (главный корень у верблюжьей колючки достигает 15 м в глубину).

Интересные приспособления наблюдаются к недостатку питьевой воды и у животных засушливых мест. Они максимально используют так называемую метаболическую воду, которая образуется при биохимических реакциях в организме, накапливают жировые запасы, "водоотдача" которых самая большая (из 100 г жира побочно образуется 105 - 107 г воды). Такие животные обычно бывают хорошими бегунами и способны преодолевать большие расстояния.

2