Тема 3: организм и среда

План:

1. Лимитирующие факторы водной, наземно-воздушной, почвенной сред.

2. Живые организмы как среда обитания.

3. Адаптация организмов к условиям среды.

4. Жизненные формы и экологические группы организмов.

На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам (гидросфера, литосфера, атмосфера).

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем в ходе исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, бурно эволюционируя, адаптировались к новым условиям жизни.

Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву. Почву заселили как водные, так и наземные организмы.

Четвертой сферой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.

Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу экологических факторов и различаются условиями адаптации организмов к ним. Рассмотрим кратко присущие названным средам жизни свойства, лимитирующие факторы и адаптации организмов.

Водная среда. Эта среда однородна среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами. Амплитуды значений факторов также велики. Разница между максимальными и минимальными значениями температуры здесь обычно не превышает 50⁰С (в наземно-воздушной среде до 100⁰С). 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 факторомчасто бывает кислород. Содержание его обычно не превышает 1% от объема. При повышении температуры, обогащение органическим веществом и слабом перемешивании содержание кислорода в воде уменьшается. Малая доступность кислорода для организмов связана 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 м, 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 пр.) – 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. пойкиос – разнообразный). Недостаток кислорода они в какой-то мере компенсируют увеличением соприкосновения органов дыхания с водой, потребление кислорода через все покровы тела. Частое дыхание сочетается с фильтрационным типом питание, 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).

Особенности адаптации животных к водной среде

У животных адаптивные особенности более многообразны чем у растительных, к ним относятся такие, как анатомно-морфологические, поведенческие и другие.

К высокой плотностиводы 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 объединяются 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.

Активное плавание: активно передвигающиеся организмы (пловцы) адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развития мускулатура, наличие структур, уменьшающих трение (слизь, чешуя). Движение также осуществляется с помощью ресничек, жгутиков, изгибания тела, реактивным способом за счет энергии выбрасываемой струи воды (головоногие моллюски, кальмары). У крупных животных нередко имеются специализированные конечности (плавники, ласты), тело их обтекаемой формы и покрыто слизью.

В целом же высокая плотность воды имеет следствием уменьшение доли скелета в общей массе тела гидробионтов по сравнению с наземными организмами.

Только в водной среде встречаются неподвижные, ведущие прикрепленный образ жизни,животные. Это такие, как гидроиды и коралловые полипы, морские лилии, двухстворчатые и др.

В условиях недостатка света или его отсутствия организмы для ориентациииспользуют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук потипу эхолокации.Для ориентации используют также восприятие химизма среды запаховые явления (в воде запахи ощущаются намного лучше, чем в воздухе). В глубинах вод многие организмы обладают свойством самосвечения (биолюминесценции).

Адекватно адаптационным механизмом выделяются следующие группы гидробионотов: отмеченный выше планктон – свободнопарящие, нектон (греч. нектос – плавающий) – активно передвигающиеся, бентос (греч. бентос- глубина) – обитатели дна, пелагос (герч. пелагос- открытое море) – обитатели водной толщи, нейстон – обитатели верхней пленки воды (часть тела может быть в воде, часть – в воздухе).

Особенности адаптации растений к водной среде.

Способность водных растений поглощать влагу и минеральные соли непосредственно из окружающей среды отражается на их морфологической и физиологической организации. Характерным для водных растений является слабое развитие проводящей ткани и корневой системы. Корневая система служит, главным образом, для прикрепления к подводному субстрату и не выполняет функции минерального питания и водоснабжения, как у наземных растений. Питание же водных растений осуществляется всей поверхностью их тела.

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.

У ряда водных организмов развита разнолистность, или гетерофилия. Так у сальвинии, погруженные листья обеспечивают минеральное питание, а плавающие - органическое.

Важной особенностью адаптации растений к обитанию в водной среде является и то, что листья, погруженные в воду, как правило, очень тонкие. Часто хлорофилл в них располагается в клетках эпидермиса, что способствует усилению интенсивности фотосинтеза при слабом освещении. Такие анатомо-морфологические особенности наиболее четко выражены у водных мхов, валиснерии, рдестов.

От вымывания у водных растений из клеток минеральных солей или выщелачивания защитой является выделение специальными клетками слизи и образования эндодермы из более толстостенных клеток в виде кольца.

Низкая температура воды отрицательно сказывается на генеративных органах водных растений, а высокая ее плотность затрудняет перенос пыльцы. В связи с этим водные растения интенсивно размножаются вегетативным путем. Большинство плавающих на поверхности и погруженных растений выносят цветоносные стебли в воздушную среду и размножаются половым путем. Пыльца разносится ветром и поверхностным течениями. Плоды и семена, которые образуются, так же распространяются поверхностными течениями. Это явление носит название гидрохории. К гидрохорным относятся не только водные, а также и многие прибрежные растения. Их плоды имеют высокую плавучесть, длительное время находятся в воде и не теряют при этом всхожесть. К ним относятся стрелолист, сусака, частухи, сорняк гумай.