1.2. Экология особей

Среда обитания – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно - воздушную, почвенную и организменную. Каждый организм адаптирован к своей среде обитания. В качестве примера можно привести адаптацию организмов к водной среде обитания - обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей или увеличение площади тела, осморегуляция. Адаптация паразитов к организменной среде хозяина выражается в синхронизации биоритмов, защите от переваривания, усилении репродуктивной системы и атрофия остальных систем органов, образование системы закрепления в среде обитания (крючки, присоски). Все приспособления организмов к среде обитания приобретены за счет естественного отбора.

Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. Экологические факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическое факторы – компоненты неживой природы. К ним относят: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.), геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.), орографические (рельеф местности), эдафические, или почвенно - грунтовые (плотность почвы, структура, рН, гранулометрический состав, химический состав и др.), гидрологические (вода, течение, соленость, давление и др.). Иначе абиотические факторы делят на физические, химические и эдафические.

Биотические факторы – воздействие живых организмов друг на друга (взаимодействие между особями в популяциях и между популяциями в сообществах). При этом взаимоотношения могут быть внутривидовыми (взаимодействия между особями одного вида) и межвидовыми (между особями разных видов). В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на фитогенные, зоогенные и микробогенные.

Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания. При этом различается воздействие человека как биологического организма и его хозяйственная деятельность (техногенные факторы). Экологические факторы могут оказывать на организм как прямое, так и косвенное воздействие. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое воздействие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (смена времен года, приливы и отливы и т.д.). Бывают факторы, действующие без строгой периодичности, но регулярно повторяющиеся во времени и в пространстве (погодные явления, ураганы, наводнения, извержение вулканов и т.д.). Это непериодические факторы, которые кроме этого могут нести направленное действие, примером которого может быть заболачивание, потепление климата и др. Во всех этих случаях организмы могут приспособиться к воздействию окружающей среды или, по крайней мере, стараться выжить. Но самыми опасными для организмов и сообществ являются факторы неопределенного действия – это, как правило, антропогенные факторы.

Ответной реакцией организмов на изменение условий окружающей среды являются адаптации. Адаптации – различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Они проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического и являются одним из основных свойств живой материи. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный отбор.

Существует три основных пути приспособления организмов к окружающей среде: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь – усиление сопротивляемости организмов, развитие процессов в организме, позволяющих выживать не в оптимальных условиях среды. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных, оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние скрытой жизни, когда обмен веществ в организме очень сильно замедляется (зимний покой растений, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.)

Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

В каждой среде действует своя совокупность абиотических факторов. Некоторые из них играют важную роль во всех трех основных средах (в почве, воде и на суше) или в двух.

Температура и ее влияние на биологические процессы. Температура – один из важнейших абиотических факторов. Во-первых, она действует везде и постоянно. Во-вторых, температура влияет на скорость многих физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в самих живых организмах и их клетках.

С повышением температуры до определенного предела скорость реакции увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры резко падает. Вот почему температура влияет на скорости различных физиологических процессов, от пищеварения до проведения нервного импульса. Слишком низкие и слишком высокие значения температуры губительны для клеток.

Общие закономерности воздействия температуры. Любой организм способен существовать лишь в определенном диапазоне температуры. Этот диапазон ограничен нижней летальной (смертельной) и верхней летальной температурой. Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности и роста, называется оптимальной.

Биохимические адаптации к температуре. Важную роль в приспособлении к температуре играет теплоустойчивость белков и клеточных структур. Особенно важны биохимические адаптации для микроорганизмов и растений, которым труднее избежать воздействия неблагоприятной температуры, чем животным. С биохимическими процессами связана и морозоустойчивость.

Акклимация. Пределы толерантности (устойчивости) зависят от того, при какой температуре до этого содержался организм. Такие изменения пределов выносливости под влиянием предшествующих условий называют акклимацией. Пример акклимации – «закалка» растений. Осенью морозоустойчивость растений посте­пенно повышается вследствие накопления в клетках углеводов. При оттепелях в конце зимы морозоустойчивость резко снижается: если вслед за оттепелью наступают сильные морозы, растения могут погибнуть. Акклимация связана с перестройкой различных биохимических процессов. Например, у многих животных в ходе акклимации в организме изменяется состав липидов.

Морфологические адаптации к температуре. Наиболее известный пример морфологической адаптации животных к температуре – так называемое правило Бергмана. Согласно этому правилу, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях теплокровных животных увеличиваются. При увеличении размеров уменьшается относительная поверхность тела, а значит, и теплоотдача. Другой пример морфологической адаптации у животных – развитие густого и длинного меха у млекопитающих, когда их выращивают при низкой температуре. У растений одно из важнейших приспособлений к температуре - форма роста. Там, где тепла мало, – в Арктике, в высокогорье — много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Растения улавливают максимум тепла солнечных лучей и используют тепло нагре­той поверхности почвы.

Физиологические адаптации. На основе физиологических процессов многие организмы могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эта способность называется терморегуляцией. Обычно терморегуляция сводится к тому, что температура тела поддерживается на более постоянном уровне, чем температура окружающей среды.

Более разнообразны по способно­стям к терморегуляции животные. Все животные делятся по этому признаку на пойкилотермных (греч. poikilos — различный, переменный и therme — тепло) и гомойотермных (греч. homoios — подобный и therme — тепло). Гомойотермные животные имеют практически постоянную температуру тела, независимо от температуры среды. У пойкилотермных температура тела непостоянна.

Настоящие гомойотермные животные — большинство птиц и млеко­питающих, в том числе и человек. Все остальные организмы пойкилотермные. Однако среди них некоторые способны к терморегуляции при определенных условиях. Шмели, бражники, крупные вараны, некоторые рыбы (например, тунцы) могут повышать температуру тела в периоды высокой мышечной активности.

Особенно совершенны механизмы терморегуляции у гомойотермных животных. Они способны к химиче­ской и физической терморегуляции. Химическая терморегуляция — это способность регулировать теплопродукцию за счет изменений обмена. У млекопитающих есть специальная ткань, «ответственная» за теплопродукцию, — бурый жир.

Физическая терморегуляция — способность регулировать теплоотдачу. В ней участвуют изменения морфологии, поведение и физиологические реакции. Например, зимой у птиц увеличивается масса перьев. Многие животные к зиме накапливают жир, и подкожный жировой слой обеспечивает теплоизоляцию. В выступающих или поверхностных частях тела у ряда животных (например, в ластах китов, в лапах некоторых птиц) есть замечательное приспособление — «чудесная сеть». Это сплетение сосудов, в котором вены тесно прижаты к артериям. Текущая по артериям кровь отдает тепло венам, оно возвращается к телу, а артериальная кровь поступает в конечности охлажденной. При этом конечности, по существу, пойкилотермны, зато температуру остального тела можно поддерживать с меньшими затратами энергии.

Чтобы снизить температуру, животные используют испарение жидкости с поверхности тела. У человека для этого служит потоотделение, у собак и многих птиц — учащенное дыхание; некоторые сумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной. У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Пожалуй, наибольшее значение они имеют для животных пустыни, где днем поверхность почвы может нагреваться до 60-70 °С. Днем на раскаленном песке почти не увидишь животных. Насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, зарывшись в песок или спрятавшись в норы: в глубине почвы температура не так резко колеблется и не такая высокая.

Влияние влажности на наземные организмы. Все живые организмы испытывают потребность в воде. Биохимические реакции, идущие в клетках, протекают в жидкой среде. Вода для живых организмов служит «универсальным растворителем»: в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена и др.

Адаптации растений и животных к влажности. Необходимость экономить воду вызвала к жизни многие приспособления, которые во многом похожи у растений и животных. У тех и других имеются специализированные покровные ткани, слабо проницаемые для воды. Дыхание осуществляется через небольшие отверстия, ведущие во внутренние полости — это также уменьшает потери влаги.

Наземные животные ищут или сами активно создают микроклиматические условия с подходящей влажностью. Например, некоторые пустынные животные при большой сухости воздуха закрывают вход в нору: воздух в ней быстро насыщается водяными парами, и это предотвра­щает дальнейшие потери влаги.

Большинство растений основную часть влаги получают из почвы. Этот процесс может регулироваться благодаря изменению роста корней (усиления или ослабления ветвления, изменения числа корневых волосков). Растения засушливых мест экономят влагу благодаря меньшему испарению. Это достигается в основном за счет особого строения листьев (малая поверхность, толстый восковой слой и др.).