2. Адаптация к абиотическим факторам среды.

Для своего нормального развития и функционирования любой живой организм должен сохранять постоянство внутренней среды организма - ГОМЕОСТАЗ.

Изменение этого постоянства (гомеостаза) - ДЕЗАДАПТАЦИЯ - может привести к гибели организма. (Самая жесткая константа - кислотно-щелочное равновесие. Сдвиг рН на - 0.4 - гибель). Поэтому любой организм должен приспосабливаться (адаптировать) в условиях изменения экологических факторов. Под АДАПТАЦИЕЙ понимают совокупность морфологических * , физиологических, генетических и поведенческих приспособлений организма к определенным условиям среды.

* Морфология - наука о форме и строении организмов.

Адаптация осуществляется при помощи нервной и эндокринной систем.

У живых организмов имеется три вида регуляции:

1. ГУМОРАЛЬНАЯ (жидкостная) - регуляция через жидкостную среду организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость). Это самый древний вид регуляции. Он был характерен для древних организмов.

Основные недостатки этого вида регуляции:

• замедленная реакция - регуляция происходит в течение определенного времени (например, при приеме таблеток, уколах) ;

• отсутствие конкретного адресата (оказывается воздействие на многие органы и системы организма с появлением побочных эффектов. Например, при приеме аспирина наблюдается внутрижелудочное кровоизлияние - 1 таблетка - 0,5 мл крови).

2. НЕВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ. Появилась в ходе эволюции живых организмов. При этом типе регуляции воздействие фактора воспринимают _рецепторы . (нервные окончания), передающие сигнал  анализатором (группы рецепторов - органы чувств), и далее в центральную нервную систему (головной и спинной мозг), которая принимает решения и отдает исполнительную команду (ответная реакция).

Преимущества этого вида регуляции состоят в быстроте реакции (до 110 м/с), а также в воздействии на конкретный орган.

3. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ является разновидностью гуморальной регуляции. Осуществляется за счет гормонов, т.е. веществ, вырабатываемых в железах внутренней секреции. Это целенаправленный тип регуляции, но происходящий медленно.

Рассмотрим влияние абиотических физических (климатических) факторов среды на живые организмы и их приспособляемость (на примере адаптации к температуре).

В отношении солнечного излучения организмы стоят перед дилеммой : с одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организма, с другой стороны - свет служит первичным источником энергии (об этом отдельная лекция о пищевых цепях), без которого не возможна жизнь. (Протоплазма - вещество клеток).

Ультрафиолетовое излучение. Высшие и низшие организмы по-разному реагируют на излучение этого диапазона. Весь участок ультрафиолетовых лучей губителен для бактерий. Уничтожающее действие усиливается при наличии в среде кислорода. Ультрафиолетовое излучение тормозит также развитие грибов и убивает их споры. Высшие растения в принципе не требуют УФ облучения для нормального развития.

Животные, имеющие крупные размеры тела, прежде всего, птицы и млекопитающие (в том числе и человек) нуждаются в некотором количестве УФ облучения в связи с синтезом витамина Д  (отвечает за крепость костей скелета). Однако передозировка облучения кварцевой лампой у человека приводит к ожогам, а у мелких животных УФ облучение может вызвать гибель.

Видимое излучение . Является для организмов основным источником энергии и также летальным фактором среды. Его действие зависит от адаптации организма к свету.

Общее деление организмов с точки зрения их требований к напряженности видимого излучения подобно у растений и животных. Светолюбивые или световыносливые растения называются гелиофитами, животные - гелиофилами. Теневыносливые растения называются скиофитами; животные, избегающие света - гелиофобами.

Инфракрасное излучение . Зеленые растения пропускают или отражают большую часть лучей инфракрасного диапазона.

Животные используют инфракрасное излучение как источник тепловой энергии. Это излучение имеет большое экологическое значение, главным образом по причине вызываемого им теплового эффекта.

Адаптация к температуре . Жизнь может существовать в температурном интервале от -200⁰ С до +100⁰ С. Во льдах Антарктиды температура воздуха может понижаться до отметки -88⁰ С, в африканских пустынях поднимается до +55⁰С. На Земле есть регионы со значительными годовыми колебаниями температуры (например, на северо-востоке Украины до 60⁰С), есть страны с незначительными (на Галапагосских островах круглый год температура воздуха примерно +27⁰С). И во всех регионах Земного шара существует жизнь. Большинство видов и большая часть активности организмов приурочены к определенным, достаточно узким диапазонам температур.

Различают два типа живых организмов:

1. ПОЙКИЛОТЕРМНЫЕ - организмы, не имеющие постоянной температуры тела, т.е. температура их тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды (холоднокровные животные - беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся).

2. ГОМОЙОТЕРМНЫЕ - организмы, не зависимо от температуры окружающей среды, поддерживающие температуру тела на одном уровне (теплокровные животные - птицы и большинство млекопитающих). Это становится возможным благодаря процессам ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ, происходящим в организмах.

Терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности теплообразования (при окислительных процессах в организмах) - ХИМИЧЕСКАЯ терморегуляция и путем изменения теплоотдачи через кожу (испарение пота и др.) - ФИЗИЧЕСКАЯ терморегуляция.

Температура тела в целом зависит от соотношения между количествами вырабатываемого и отдаваемого в окружающую среду тепла.

Единственным источником энергии в организме является пища, которая подвергается ряду обменных процессов, откладывается про запас, а затем, по мере необходимости, идет распад с выделением энергии. Наиболее интенсивно теплообразование в мышцах, печени, почках. Гораздо меньше - в соединительных тканях, костях, хрящах.

Наиболее интенсивные процессы тепловыделения происходят при сокращении мышц (примерно 80% энергии превращается в тепло, дрожь увеличивает теплообразование до 200 % ).

В организмах животных на изменения температуры окружающей среды реагируют ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ, находящиеся в коже, на роговой оболочке глаз и в слизистых оболочках. Терморецепторы делятся на:

• воспринимающие холод (холодовые);

• воспринимающие тепло (тепловые );

Холодовые рецепторы залегают более поверхностно (на глубине 0,17 мм), тепловые - глубже (0,3 мм).

Количество точек на поверхности тела, где сосредоточены холодовые рецепторы примерно равна 250 тысячам, тепловые - примерно 30 тысячам.

В естественных условиях зимой преобладает химическая, а летом - физическая терморегуляция.

Реакция организма высших животных на низкие температуры происходит по следующей упрощенной схеме:

• первоначально низкая температура выступает возбуждающе, как стрессорный фактор;

• при дальнейшем воздействии температуры окружающей среды происходит снижение температуры тела и срабатывания механизмов сопротивления (начинаются процессы теплообразования - выделение энергии);

• при продолжении воздействия фактора на организм и исчерпании резервов последнего наступает гибель (у человека этому соответствует понижение температуры тела до +24⁰ С, при которой сворачиваются ферменты).

При воздействии высокой температуры происходит выход крови из кровяных депо в кожу, расширение сосудов и увеличение интенсивности теплоизлучения.

Важную роль в отдаче тепла из организма играет процесс испарения влаги с поверхности кожи (через потовые железы) и легких. В течение суток потовые железы выделяют 500 мл влаги, с поверхности легких теряется 350 мл (всего 850 мл). Учитывая, что на испарение 1 мл воды требуется 0,58 ккал, можно увидеть, что таким путем организм может отдать в окружающую среду до 500 ккал в сутки.

У животных, не имеющих потовых желез, процессы испарения с кожи отсутствуют и теплоотдача идет с других поверхностей (например, у собаки - с поверхности языка, у зайца - с поверхности ушей).

Важными является отношение поверхности тела организма к его объему : чем оно меньше, тем меньше теплоотдача у животного. Поэтому у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (в среднем) больше у популяций, живущих в более холодных частях АРЕАЛА вида - ПРАВИЛО БЕРГМАНА.

Важным является также количество влаги в теле организма: чем ее меньше, тем легче переносится холод.

Влажность среды является важным фактором, определяющим возможность выживания наземных животных. По отношению к влажности организмы принято делить на 4 экологических группы:

1. Гидрофиты - организмы, живущие в воде.

2. Гелофиты - организмы, живущие на границе воды и суши.

3. Гигрофилы - организмы, требующие высокой влажности среды.

4. Ксерофилы - организмы, проявляющие высокую устойчивость к высыханию.

Атмосферное давление  оказывает значительное влияние на ход жизненных процессов животных организмов. Для растений это влияние пока не установлено.

Испанские конкистадоры вынуждены были перенести столицу Перу в расположенную на берегу моря Лиму, т.к. на высоте 3500 м лошади, куры и свиньи не размножались. Оседлое проживание людей на высоте более 4000 м над уровнем моря приводит к вымиранию поселений.

Гидростатическое давление  останавливает процессы брожения при 600 атм., а гнилостные процессы - при 700 атм. Рыбы поверхностных вод погибают при 300 атм., но известная всем морская звезда выдерживает давление до 600 атм.

Приспособляемость к новым климатическим условиям называется - АККЛИМАТИЗАЦИЕЙ.

Различают ИСТИННУЮ акклиматизацию, которая сопровождается изменением генетической структуры (происходит медленно и редко) и НАТУРАЛЬНУЮ, при которой происходят изменения в физиологии организма, но в пределах нормы.

Перечень лимитирующих факторов не ограничивается только физическими, абиотическими факторами (рис.3.1). Биологические взаимоотношения, биотические факторы не менее важны как регуляторы распределения и численности организмов в природе.