Наземно-воздушная среда жизни

Атмосферой принято считать газовую среду Земли, которая вращается вместе с планетой как единое целое. Земная атмосфера состоит преимущественно из азота и кислорода, она содержит также аргон, углекислый газ, неон и другие постоянные и переменные компоненты. Сведения об относительной объемной концентрации постоянных газов и средних концентрациях ряда переменных компонентов (углекислый газ, метан, закись азота и др.), приведены в таблице.

Значение атмосферного воздуха для живых организмов огромно и разнообразно. Это источник кислорода для дыхания и углекислоты для фотосинтеза. Он защищает живые организмы от вредных космических излучений, способствует сохранению тепла на земле. Большое значение для жизнедеятельности организмов имеют и физические свойства атмосферы. Так, воздух оказывает лишь незначительное сопротивление движению и не может служить опорой для наземных животных, что непосредственно сказалось на их строении.

Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

ГАЗ	Объемная концентрация%, %	Молекулярная масса
Азот	78,084	28,0134
Кислород	20,9476	31,9988
Аргон	0,934	39,948
Углекислый газ	0,0314	44,00995
Неон	0,001818	20,179
Гелий	0,000524	4,0026
Метан	0,0002	16,04303
Криптон	0,000114	83,80
Водород	0,00005	2,01594
Закись азот.	0,00005	44,0128
Ксенон	0,0000087	131,30
Двуокись серы	от 0 до 0,0001	64,0628
Озон	летом: от 0 до 0,000007 зимой: от 0 до 0,000002	47,9982
Двуокись азота	от 0 до 0,000002	46,0055
Аммиак	следы	17,03061
Окись углерода	следы	253,8088

Особенности адаптации к наземно-воздушной среде жизни. В хо- де эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые стали возможными только при сравнительно высоком уровне организации как растений, так и животных. Особенностью наземно-воздушной среды жизни является то, что организмы, которые здесь обитают, окружены воздухом и газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью и давлением, высоким содержанием кислорода. Как правило, животные в этой среде передвигаются по почве, а растения укореняются в ней. Действующие экологические факторы имеют ряд характерных особенностей: более высокая интенсивность света, значительные колебания температуры, изменение влажности в зависимости от сезона и времени суток. В процессе эволюции у живых организмов наземно-воздушной среды появились органы, которые обеспечивают непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (легкие у животных, устьица у растений). Получили сильное развитие скелетные образования (скелет животных, механические и опорные ткани растений), которые поддерживают тело в условиях незначительной плотности среды. Выработались приспособления для защиты от неблагоприятных факторов, такие как периодичность жизненных циклов, механизмы терморегуляции и др.

Рассмотрим особенности воздействия основных экологических факторов на растения и животных в наземно-воздушной среде обитания. Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную опорность. Поэтому все обитатели земли тесно связаны с ее поверхностью, служащей им для прикрепления и опоры. Для большинства организмов пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи. Малая подъемная сила воздуха определяет предельную массу и размеры наземных организмов. Самые крупные животные на поверхности земли меньше, чем гиганты водной среды.

Крупные млекопитающие (размером и массой современного кита) не могли бы жить на суше, так как были бы раздавлены собственной тяжестью. Малая плотность воздуха создает незначительную сопротивляемость передвижению. Экологические выгоды этого свойства использовали многие наземные животные в ходе эволюции, приобретя способность к полету – 75% всех видов наземных животных способны к активному полету. Это большей частью насекомые и птицы, но встречаются и млекопитающие, и рептилии. Наземные животные летают, главным образом, с помощью мускульных усилий, некоторые могут планировать за счет воздушных течений. Вследствие подвижности воздуха, которое существует в нижних слоях атмосферы, возможен пассивный полет отдельных видов организмов. Организмы, пассивно переносимые потоками воздуха, получили в совокупности название аэропланктона, по аналогии с планктонными обитателями водной среды. Для пассивного полета у организмов имеются специальные адаптации – мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, большой относительной поверхности крыльев, использование паутины и др. (рис.3).

Семена и плоды некоторых растений также обладают разнообразными крыловидными и парашютовидными придатками (рис.4).

Ветроопыляемые растения обладают целым рядом приспособлений, которые улучшают аэродинамические свойства пыльцы. Цветочные покровы у них обычно редуцированы и пыльники ничем не защищены от ветра.

Рис.3. Приспособления к переносу при помощи воздушных потоков у насекомых.

Световой режим. Освещенность на поверхности Земли варьирует в широких пределах. Все зависит от высоты стояния Солнца над горизонтом, длины дня, условий погоды и прозрачности атмосферы. У растений наземно-воздушной среды выработались анатомо-морфологические и физиологические приспособления к различным условиям светового режима. В условиях избытка и недостатка света расположение листовых пластинок у растений в пространстве значительно варьирует: обычно они расположены так, чтобы получить максимальное количество падающей солнечной радиации, но нередко меняют положение при попадании на них сильного света. У многих светолюбивых растений поверхность листа способствует отражению солнечных лучей (блестящая - у лавра, покрытая волосковым налетом - у кактуса). Одной из защитных реакций хлоропластов на избыточный свет является их способность к изменению ориентировки: на ярком свету хлоропласты занимают в клетке другое положение становятся "ребром" по направлению к лучам света.

Рис.4. Приспособления к переносу ветром у плодов и семян растений:

1 — липа, 2 — клен, 3 — береза, 4 — пушица, 5 — одуванчик, 6 — рогоз

Установлено, что у светолюбивых растений ростовые процессы более чутко реагируют на недостаток света по сравнению с теневыми. В результате наблюдается усиленное вытягивание стеблей, которое помогает растениям пробиться к свету, в верхние ярусы растительных сообществ.

Своеобразной формой физиологической адаптации при резком недостатке света служит потеря растением способности к фотосинтезу, переход к гетеротрофному питанию готовыми органическими веществами. Иногда такой переход становится безвозвратным из-за потери растениями хлорофилла, например, орхидеи тенистых еловых лесов живут за счет мертвых органических остатков, получаемых от древесных пород и других растений.

Водный режим. Дефицит влаги – одна из наиболее существенных

особенностей наземно-воздушной среды жизни. Эволюция наземных организмов проходила путем приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности среды на суше разнообразны – от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами (муссонно-тропический климат) до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь. Такая разница в водообеспечении наземных организмов способствовала развитию множества адаптаций к различным режимам влажности.

Поглощение надземными частями капельно-жидкой влаги, выпадающей в виде дождя встречается у высших растений тропических лесов, которые поглощают влагу всей поверхностью листьев. Парообразную влагу из воздуха могут впитывать ветви некоторых кустарников и деревьев, например, саксаулов. У высших споровых и особенно низших растений поглощение влаги надземными частями является обычным способом водного питания (мхи, лишайники). При недостатке влаги мхи, лишайники способны переживать длительное время в состоянии, близком к воздушно-сухому, впадая в анабиоз. Но стоит пройти дождю, как эти растения быстро впитывают влагу всеми надземными частями, восстанавливают тургор, возобновляя процессы фотосинтеза и роста.

У растений сильно увлажненных наземных сред обитания нередко возникает необходимость удаления избытка влаги. Избыточная влага удаляется путем гуттации – выделение воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю или на острие листа. Так, в украинских степях гуттация обнаружена более чем у половины всех видов растений. От количества доступной воды зависит развитие не только надземных частей, но и корневой системы растений. У растений, произрастающих на сухих почвах, корневая система, как правило, более разветвленная и мощная, чем на влажных.

Как уже было рассмотрено ранее, в приземном слое атмосферы газовый состав воздуха довольно однороден и не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде. Вместе с тем, различные примеси газообразных, капельно-жидких, пылевых частиц, попадающих в атмосферу, нередко имеют существенное экологическое значение.

Основной современный источник физического и химического загрязнения атмосферы является антропогенным: промышленные предприятия мира ежегодно выбрасывают в атмосферу около 700 млн.т. пыли, сернистого ангидрида, окиси углерода, углеводородов. Загрязнение атмосферы останавливает развитие и губит растительность и животный мир на расстоянии десятков, даже сотен километров от источников загрязнений. Так, было доказано, что причиной гибели лесов в Швеции стали ядовитые газы, приносимые ветрами из Западной Германии, где за год в атмосферу выбрасывается более 20 млн.т. вредных веществ.