3. Влажность как фактор среды. Адаптации организмов к воде

Водный обмен организма со средой складывается из двух противоположных процессов: поступление воды в организм и отдача ее во внешнюю среду. У высших растений этот процесс представлен насасыванием воды из почвы корневой системой, проведением ее (вместе с растворенными веществами) к отдельным органам и клеткам и выведением в процессе транспирации. В водном обмене около 5 % воды используется для фотосинтеза, а остальное — на компенсацию испарения и поддержание тургора.

Большую часть поглощенной воды сухопутные организмы теряют в результате транспирации (растения) либо с продуктами выделения и дыхания (животные). Количественные величины транспирации довольно существенны. Расход влаги с 1 га растительности оставляют в среднем 3–6 тыс. тонн за вегетационный период, что почти равно годичной сумме осадков в данной местности. Количественным показателем транспирации является ее интенсивность — количество воды, отдаваемой растением с единицы листовой поверхности в единицу времени. Для большинства растений она составляет от 15 до 200 г/м² в один час днем и 1–20 г/м² в один час ночью.

Главным источником воды для растений является почва. Кроме того, надземные части растений поглощают капельножидкую воду (выпадает в виде дождей, туманов); парообразную влагу воздуха собирают пустынные афильные растения (саксаул), суккуленты (кактусы, мхи, лишайники). Многие из перечисленных растений обладают специальными приспособлениями для лучшей конденсации влаги (волоски), поглощения конденсата (желобки, полости, ямочки), направляют струйки воды от листьев к корневой системе и т.п. Для растений вода не только фактор среды, но и ресурс, непосредственно участвующий в продукции (роль воды в процессе фотосинтеза). Это важное обстоятельство, существенно отличающее растения от животных. Поэтому разрыв связи растения с источником воды невозможен; при временном разрыве этой связи неизбежен переход в неактивное состояние (анабиоз). Отсюда — важная роль структуры корневой системы, заметно различающейся у растений, обитающих в разных условиях водного обеспечения.

С этим связано еще одно важное отличие от животных: через корневую систему растение получает воду и минеральные соли, т.е. водно-солевой обмен у них и в наземной среде остается целостным процессом. У животных же тесная взаимосвязь водного и солевого обмена сохраняется лишь на уровне клеточно-тканевых процессов. Внешние источники воды и минеральных солей у них различны, что оказало большое влияние на экологию как водного, так и солевого обмена.

Подобно растениям, все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды нуждаются в ее периодическом поступлении. Осуществляется водопоглощение путем питья, всасывания воды через покровы тела (амфибии, клещи); обитатели пустынь довольствуются водой, поступающей к ним вместе с пищей. Некоторые животные используют метаболическую (эндогенную) воду, которая образуется в процессе окисления накапливаемых запасов жира в специальном жировом теле (рисовый и амбарный долгоносики, мучной червь, гусеницы платяной моли и др.). У крупных животных (верблюды, сайгаки, грызуны) в процессе биологического окисления из 100 г жира образуется 10 г метаболической воды. Усиленное питание сопровождается накоплением в организме жировых резервов; значение этих запасов двойное: это и энергетический резерв, и внутренний источник поступления воды в клетки и ткани.

Значительные колебания условий обеспечения влагой в разных средах, географических регионах и местообитаниях вызвало эволюционное становление широкого круга специальных адаптаций. Экологическое значение воды не ограничивается наличием скоплений ее в водоемах разного типа. В наземной среде не меньшее значение имеют осадки, которые определяют режим водоемов, почвенной влаги и влажности воздуха. Распределение осадков очень неравномерно. В тропических лесах выпадает более 1000 мм осадков в год (на Гавайских островах до 12 м), тогда как в пустынях тропического пояса — менее 200 мм в год (Сахара, Аравийские пустыни, Южная Калифорния). В умеренном поясе осадки менее обильны, чем в тропиках. В пустынях Центральной Азии, Ирана и других выпадает не более 250 мм осадков в год; в лесах этого пояса — больше (в Колхиде — до 2500 мм). Выпадение осадков подчас резко колеблется по сезонам.

Влажность воздуха отражает содержание водяных паров на единицу объема (абсолютная влажность). Этот показатель может быть выражен и отношением количества водяных паров к их количеству, насыщающему воздух при данной температуре (относительная влажность). Влажность воздуха определяет поступление воды в организм через покровы, а также условия потери воды этим путем и с поверхности дыхательных путей. В последнем случае важное значение имеет показатель дефицита насыщения — разность между количеством паров, насыщающих воздух при данной температуре, и абсолютной влажностью.

В наземной среде условия водного обмена ужесточаются прежде всего тем, что доступность капельножидкой воды и влажность окружающей среды на суше крайне изменчивы. Поэтому ведущее направление эволюции при освоении организмами наземной среды — выработка адаптации к дефициту влаги.