Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






ГЛАВА 3. Среды жизни и адаптации к ним организмов

На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни. Первой была водная среда, в которой возникла и развивалась жизнь. В дальнейшем организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появление живых организмов на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву. Почву заселили как водные, так и наземные организмы. Четвёртой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.

 

Водная среда жизни

Гидросфера занимает около 71% от площади и 1/800 часть от объёма нашей планеты. Более 94% воды сосредоточено в морях и океанах. В океане и входящих в него морях различают две экологические области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь.

В зависимости от глубины бенталь делится на сублиторальную зону – область плавного понижения суши до глубины 200м, батиальную – область крутого склона и абиссальную зону – область океанического ложа. Более глубокие области бентали, соответствующие впадинам океанического дна, называют ультраабиссалью (рис. 3). Кромка берега, заливаемая во время приливов, называется литоралью, а часть берега, увлажняемая брызгами прибоя, получила название супралиторали. Обитатели водной среды получили называние гидробионтов. Организмы, обитающие на дне океана, называют бентосом. Толщу воды также делят на вертикальные зоны: эпипелагиаль, батипелагиаль и абиссопелагиаль. Нижняя граница эпипелагиали определяется проникновением солнечного света в количестве, достаточном для фотосинтеза. В сумеречной и тёмной зонах океана обитают лишь микроорганизмы и животные. Организмы, обитающие в толще воды, получили название пелагос. В жизни водных организмов важную роль играют вертикальное перемещение воды, плотность, температурный, газовый, световой и солевой режимы.

Температурный режим отличается в воде, во-первых, меньшим притоком тепла, во-вторых, большей стабильностью, чем в наземной среде. Испарение воды с поверхности водоёмов препятствует перегреванию нижних слоёв воды, а образование льда замедляет их охлаждение. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10–15ºС, в континентальных водоёмах – 30–35ºС. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоёв составляет +26–27ºС, в полярных – около 0ºС и ниже. Исключением являются горячие источники, где температура может достигать +90–95ºС, а в подводных гейзерах при высоком давлении на дне океана зарегистрирована температура +380ºС.

Рис. 3. Экологические зоны Мирового океана

 

Таким образом, для водной среды, с одной стороны, характерно довольно значительное разнообразие температурных условий, а с другой – термодинамические особенности воды (высокая удельная теплоёмкость, большая теплопроводность, расширение при замерзании) создают благоприятные условия для жизни организмов.

Поскольку температурный режим водоёмов характеризуется большой стабильностью, среди гидробионтов много стенотермных видов. Эвритермные организмы встречаются в основном в мелких водоёмах и на литорали морей северных и умеренных широт, где суточные и сезонные колебания температуры значительны.

Плотность воды. Вода отличается от воздуха значительно большей плотностью. Этот фактор определяет условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. В водной толще давление в среднем возрастает на каждые 10 м глубины на 1 атмосферу. В связи с этим гидробионты значительно более устойчивы к изменению давления, чем наземные организмы. Некоторые виды, распространённые на разных глубинах, переносят давление от нескольких до сотен тысяч атмосфер (жуки-плавунцы, туфельки, голотурии рода Elpidia и др.). Вместе с тем многие обитатели морей и океанов живут на определённой глубине (стенобионты). Например, только на литорали обитают кольчатый червь пескожил Arenicola, моллюски морские блюдечки (Patella). На больших глубинах при давлении 400–500 атмосфер обитают головоногие моллюски, морские звёзды, многие рыбы и др.

К высокой плотности воды организмы адаптируются в основном двумя путями. Одни используют её как опору и находятся в состоянии свободного парения. Взвешенные парящие в воде организмы объединяют в группу планктона. Как правило, это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон. Планктонные организмы не способны преодолевать течения и переносятся ими на большие расстояния. Представители планктона располагаются как на поверхности воды, так и на разных её глубинах. Обитатели поверхностной плёнки воды на границе с воздушной средой составляют экологическую группу – нейстон. Состав нейстона зависит от многих факторов, в том числе от стадии развития некоторых организмов. Например, личинки ракообразных, моллюсков, иглокожих и др., взрослея, покидают поверхностных слой воды и перемещаются в нижележащие слои.

Планктонные организмы обладают адаптациями, повышающими их плавучесть и препятствующими оседанию на дно. К ним относятся: 1) редукция скелета; 2) содержание в клетках капелек жира, газовых вакуолей, воздухоносных полостей, благодаря чему уменьшается плотность тела; 3) увеличение относительной поверхности тела за счёт уменьшения размеров, сплющенности, развития многочисленных выростов или щетинок.

Второй путь приспособления гидробионтов к высокой плотности воды – это преодоление силы течений, способность к активному плаванию. Их объединяют в экологическую группу нектона. К ним относятся многие рыбы, кальмары, дельфины, киты, ластоногие. Они имеют обтекаемую форму тела, хорошо развитую мускулатуру и структуры, уменьшающие трение (слизь, чешуя). У водных растений слабо развиты механические ткани, которые часто сосредоточены в центре стебля или листового черешка, что даёт возможность изгибаться при движении воды.

Световой режим. Света в воде гораздо меньше, чем в наземной среде, так как часть падающей радиации отражается поверхностью воды, а часть поглощается её толщей. Поглощение света тем сильнее, чем меньше прозрачность воды, которая зависит от количества взвешенных в ней частиц. В океанах с большой прозрачностью на глубину 140 м ещё проникает около 1% света, а в небольших озёрах на глубину 2 м – всего лишь десятые доли процента.

С глубиной изменяется и спектральный состав света: красные лучи исчезают уже недалеко от поверхности, тогда как синие, голубые и сине-фиолетовые проникают на значительные глубины. В связи с этим сменяют друг друга с глубиной зелёные, бурые и красные водоросли, приспособленные к улавливанию света с разной длиной волны.

В связи с недостаточным количеством света листья водных растений, погружённые в воду, нередко сильно рассечены на узкие нитевидные доли или имеют тонкую просвечивающую пластинку, что даёт возможность гидрофитам увеличить отношение площади к объёму, а следовательно, развивать большую поверхность при сравнительно небольших затратах органической массы.

У частично погружённых в воду растений хорошо выражена гетерофиллия, т.е. различие в строении надводных и подводных листьев (стрелолист, лютик водный, уруть, роголистник, поручейник и др.). Глубина водной среды оказывает также влияние на животных, их видовой состав, окраску, поведение и т.д. В поверхностных слоях воды обитают яркие и разнообразно окрашенные животные, глубоководные же обычно лишены пигментов. В сумеречной зоне обитают животные, окрашенные в красный цвет, что помогает им скрываться от врагов, так как красный цвет в сине-фиолетовых лучах воспринимается как чёрный (морской окунь, красный коралл, ракообразные и др.).

В условиях недостатка света или его отсутствия животные для ориентации используют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отражённый звук по типу эхолокации.

В тёмных глубинах океана многие организмы обладают свойством самосвечения (биолюминисценции). Светящиеся виды есть почти во всех классах водных животных, а также среди бактерий, низших растений и грибов. Световые сигналы могут служить для ориентации в стае, привлечения особей другого пола, для маскировки или отвлечения. Вспышка света может служить защитой от хищника. Например, глубоководные каракатицы, спасаясь от врага, выпускают облако светящегося секрета и т.п.

Газовый режим. Основными газами в водной среде, необходимыми для жизни организмов, являются кислород и углекислый газ.

Кислород поступает в воду из атмосферы и выделяется растениями в процессе фотосинтеза. Содержание его в верхних слоях воды в 21 раз ниже, чем в атмосфере, и с глубиной уменьшается. С повышением температуры и солёности воды концентрация в ней кислорода понижается. В слоях, сильно заселённых животными и бактериями, может создаваться дефицит кислорода. В придонном слое воды в водоёмах условия могут быть близкими к анаэробным. Дефицит кислорода может возникнуть и зимой подо льдом. Таким образом, содержание кислорода в водоёмах оказывается лимитирующим фактором.

Среди гидробионтов немало видов, способных переносить широкие колебания содержания кислорода в воде, вплоть до почти полного его отсутствия (эвриоксибионты), например брюхоногие моллюски, пресноводные полихеты и др. Низкое содержание кислорода в воде могут выдерживать из рыб сазан, линь, караси. Однако многие виды могут существовать только при достаточно высокой концентрации кислорода, т.е. являются стенооксибионтами: например, личинки подёнок, радужная форель, кумжа, гольян и др.

Дыхание водных организмов осуществляется либо через поверхность тела, либо через жабры, лёгкие, трахеи. Нередко покровы тела являются дополнительным органом дыхания.

Если газообмен происходит через покровы, то они очень тонкие. Дыхание облегчается также увеличением поверхности тела по отношению к объёму. Это достигается в процессе эволюции видов образованием различных выростов, уплощением, удлинением, общим уменьшением размеров тела. Например, водные растения отличаются большой поверхностью листьев при малом общем объёме растения, что обеспечивает им интенсивный газообмен при низком содержании в воде газов. Кроме того, в их органах имеются воздухоносные межклеточные полости, обеспечивающие лёгкость и плавучесть растений и омывание внутренних тканей водой с растворёнными в ней солями и газами.

У некоторых видов встречается комбинирование водного и воздушного дыхания, например у двоякодышащих рыб, легочных моллюсков, некоторых ракообразных и др. Вторично-водные животные (ластоногие, китообразные, личинки комаров и др.) сохраняют атмосферный тип дыхания и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой.

Некоторые виды животных при недостатке кислорода изменяют величину дыхательной поверхности. Например, гидры и актинии вытягивают в длину щупальца, а иглокожие – амбулокральные ножки. Пиявки, личинки комаров-звонцов колышут тело, высунувшись из грунта, что способствует обновлению воды вокруг него. Целый ряд гидробионтов сочетает дыхание с фильтрационным типом питания, при котором через организм пропускается большое количество воды. Такой способ питания характерен для пластинчатожаберных моллюсков, сидячих иглокожих, асцидий, планктонных ракообразных и многих других животных. Многие виды при недостатке кислорода впадают в неактивное состояние – аноксибиоз – и таким образом переживают неблагоприятный период.

Недостаток кислорода в воде приводит иногда к заморам, сопровождающимся гибелью многих организмов. Зимой заморы часто вызываются образованием на поверхности водоёмов льда и прекращением связи с воздухом, а летом – повышением температуры воды и уменьшением в связи с этим растворимости кислорода.

Углекислый газ поступает в воду в результате дыхания водных организмов, разложения органических остатков, а также из атмосферы и высвобождения из карбонатов. Содержание углекислоты в водоёмах в 700 раз больше, чем в атмосфере. Углекислый газ, содержащийся в воде, обеспечивает фотосинтез водных растений и необходим для формирования известковых скелетных образований беспозвоночных животных. Интенсивное потребление растениями углекислоты в процессе фотосинтеза нередко приводит к её дефициту.

Солевой режим играет важную роль в жизни гидробионтов, так как от него зависит содержание воды в теле при её избытке в окружающей среде. Излишнее количество воды в клетках приводит к изменению в них осмотического давления и нарушению жизненных функций. У большинства водных организмов осмотическое давление в их теле зависит от солёности окружающей воды, поэтому они избегают местообитаний с неподходящей солёностью.

Пресноводные виды обитают в воде, концентрация солей в которой ниже, чем в жидкостях тела, поэтому им угрожает излишнее обводнение, если не препятствовать поступлению воды или не удалять её из тела. У простейших это осуществляется с помощью выделительных вакуолей, у многоклеточных – удалением воды через выделительную систему.

У многих морских видов концентрация солей в жидкостях тела ниже, чем в окружающей среде, в связи с чем им грозит обезвоживание. Защитой от обезвоживания являются повышение концентрации солей в теле, наличие непроницаемых для воды покровов у млекопитающих, рыб, высших раков, водных насекомых и их личинок. Многие пойкилоосмотические виды при повышении солёности воды в результате её дефицита в теле переходят в неактивное состояние – анабиоз. Это свойственно видам, обитающим в лужах морской воды и на литорали, – коловраткам, инфузориям, некоторым рачкам и др.

Видов, способных в активном состоянии обитать как в пресной, так и в солёной воде (эвригалинных) немного. Они встречаются в основном в солоноватых водах. Это такие, как лещ, пресноводный судак, щука, из морских видов – представители семейства кефалевых и некоторые другие.

 

Наземно-воздушная среда жизни

Наземно-воздушная среда жизни самая сложная по экологическим условиям. В ходе эволюции была освоена значительно позднее, чем водная. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые стали возможными только при достаточно высоком уровне организации организмов. Для наземно-воздушной среды характерны низкая плотность воздуха, большие колебания температуры и влажности, более высокая интенсивность солнечной радиации в сравнении с другими средами, подвижность атмосферы.

Низкая плотность и подвижность воздухаопределяют его малую подъёмную силу и незначительную опорность. Организмы наземной среды должны обладать опорной системой, поддерживающей тело: растения – механическими тканями, животные – твёрдым или гидростатическим скелетом.

Малая подъёмная сила воздуха определяет предельную массу и размеры наземных организмов. Самые крупные животные суши значительно меньше гигантов водной среды – китов. Животные размером и массой современного кита не могли бы жить на суше, так как были бы раздавлены собственной тяжестью.

Малая плотность воздуха обусловливает низкую сопротивляемость передвижению. Поэтому многие животные приобрели способность к полёту: птицы, насекомые, некоторые млекопитающие и рептилии.

Благодаря подвижности воздуха возможен пассивный полёт некоторых видов организмов, а также пыльцы, спор, плодов и семян растений. Расселение с помощью воздушных потоков получило название анемохории. Пассивно переносимые потоками воздуха организмы называют аэропланктоном. Для них характерны очень мелкие размеры тела, наличие выростов и сильного расчленения, использование паутины и т.п. Семена и плоды анемохорных растений также имеют очень мелкие размеры (семена орхидных, кипрея и др.) или различные крыловидные (клён, ясень) и парашютовидные (одуванчик, мать-и-мачеха) придатки.

У многих растений перенос пыльцы осуществляется с помощью ветра, например у голосеменных, буковых, берёзовых, вязовых, злаковых и др. Способ опыления растений с помощью ветра называют анемофилией. Ветроопыляемые растения имеют множество приспособлений, обеспечивающих эффективность опыления.

Ветры, дующие с большой силой (бури, ураганы) ломают деревья, нередко выворачивая их с корнем. Постоянно дующие в одном направлении ветры вызывают различные деформации роста деревьев, служат причиной образования флагообразных форм крон.

В районах, где постоянно дует сильный ветер, как правило, беден видовой состав мелких летающих животных, так как они не способны сопротивляться мощным воздушным потокам. Так, на океанических островах с постоянными сильными ветрами преобладают птицы и насекомые, утратившие способность к полёту. Ветер усиливает потерю организмами влаги и тепла, под его влиянием быстрее наступают иссушение и охлаждение организмов.

Малая плотность воздуха обусловливает сравнительно низкое давление на суше (760 мм рт. ст.). С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается, что может ограничивать распространение видов в горах. Снижение давления влечёт за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счёт увеличения частоты дыхания. Поэтому для большинства позвоночных и высших растений верхняя граница жизни около 6000 м.

Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден. Он содержит азот – 78,1%, кислород – 21%, аргон – 0,9%, углекислый газ – 0,03%. Кроме этих газов в атмосфере есть в незначительном количестве неон, криптон, ксенон, водород, гелий, а также разнообразные ароматические выделения растений и различные примеси: диоксид серы, оксиды углерода, азота, физические примеси. Высокое содержание кислорода в атмосфере способствовало повышению обмена веществ у наземных организмов и появлению теплокровных (гомойотермных) животных. Дефицит кислорода может возникать в скоплениях разлагающихся растительных остатков, запасах зерна, недостаток кислорода могут испытывать корневые системы растений на заболоченных или слишком уплотнённых почвах.

Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. При отсутствии ветра в больших городах концентрация его может возрастать в десятки раз. Закономерны суточные и сезонные изменения содержания углекислоты в приземном слое воздуха, обусловленные изменениями интенсивности фотосинтеза и дыхания организмов. В высоких концентрациях углекислый газ токсичен, а его низкое содержание понижает интенсивность фотосинтеза.

Азот воздуха для большинства организмов наземной среды представляет инертный газ, но многие прокариотные организмы (клубеньковые бактерии, азотобактер, клостридии, цианобактерии и др.) обладают способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.

Многие примеси, поступающие в воздух в основном в результате деятельности человека, могут существенно влиять на организмы. Например, оксид серы ядовит для растений даже в очень низких концентрациях, вызывает разрушение хлорофилла, повреждает структуру хлоропластов, угнетает процессы фотосинтеза и дыхания. Повреждаемость растений токсичными газами неодинакова и зависит от их анатомо-морфологических, физиологических, биологических и других особенностей. Например, особо чувствительны к промышленным газам лишайники, ель, сосна, дуб, лиственница. Наиболее устойчивы тополь канадский, тополь бальзамический, клён ясенелистный, туя, бузина красная и некоторые другие.

Световой режим. Солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является основным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, водного обмена организмов, создания органического вещества растениями, что в конечном счёте делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов. В состав солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, входят ультрафиолетовые лучи с длиной волны 290–380 нм, видимые лучи – 380–750 нм и инфракрасные лучи с длиной волны 750–4000 нм. Ультрафиолетовые лучи имеют высокую химическую активность и в больших дозах вредны для организмов. В умеренных дозах в диапазоне 300–380 нм они стимулируют деление и рост клеток, способствуют синтезу витаминов, антибиотиков, пигментов (например, у человека – загар, у рыб и земноводных – тёмная икра), повышают устойчивость растений к заболеваниям. Инфракрасные лучи оказывают тепловое действие. Фотосинтезирующие бактерии (зелёные, пурпурные) способны поглощать инфракрасные лучи в диапазоне 800–1100 нм и существовать только за их счёт. Примерно 50% солнечной радиации приходятся на видимый свет, который в жизни автотрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение. Зелёным растениям свет нужен для процесса фотосинтеза, образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов. Он влияет на газообмен и транспирацию, на строение органов и тканей, на рост и развитие растений.

Для животных видимый свет необходим для ориентирования в окружающей среде. У некоторых животных зрительное восприятие распространяется на ультрафиолетовую и ближнюю инфракрасную части спектра.

Световой режим любого местообитания определяется интенсивностью прямого и рассеянного света, его количеством, спектральным составом, а также отражательной способностью поверхности, на которую падает свет. Указанные элементы светового режима очень изменчивы и зависят от географической широты местности, высоты стояния солнца над горизонтом, длины дня, состояния атмосферы, характера земной поверхности, рельефа, времени суток и сезона года. В связи с этим у наземных организмов в течение длительного процесса эволюции возникли различные адаптации к световому режиму местообитаний.

Адаптации растений. По отношению к условиям освещения выделяют три основные экологические группы растений: светолюбивые (гелиофиты); тенелюбивые (сциофиты); теневыносливые.

Гелиофиты– растения открытых хорошо освещаемых местообитаний. Они не переносят затенения. Примером их могут быть степные и луговые растения верхнего яруса сообщества, виды пустынь, альпийских лугов и т.д.

Сциофиты – не переносят сильного освещения прямыми солнечными лучами. Это растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер, расщелин скал и др.

Теневыносливые растения имеют широкую экологическую валентность по отношению к свету. Они лучше растут при высокой интенсивности освещения, но хорошо переносят и затенение, легче других растений адаптируются к изменяющимся условиям освещённости.

Каждой рассмотренный группе растений свойственны определённые анатомо-морфологические, физиологические и сезонные адаптации к условиям светового режима.

Одно из наиболее наглядных различий внешнего облика светолюбивых и тенелюбивых растений – неодинаковые размеры листьев. У гелиофитов они обычно мелкие или с рассечённой листовой пластинкой. Особенно хорошо это видно при сравнении родственных видов, растущих в разных условиях освещённости (фиалка полевая и лесные фиалки, колокольчик раскидистый, растущий на лугах, и колокольчик лесной и др.). Тенденция к увеличению размеров листьев по отношению ко всему объёму растений наглядно выражена у травянистых растений елового леса: кислицы обыкновенной, майника двулистного, вороньего глаза и др.

У светолюбивых растений, чтобы уменьшить поступление солнечной радиации, листья располагаются вертикально или под острым углом к горизонтальной плоскости. У тенелюбивых растений листья располагаются преимущественно горизонтально, что позволяет им получать максимальное количество падающего света. Поверхность листа у многих гелиофитов блестящая, способствующая отражению лучей, покрытая восковым налётом, толстой кутикулой или густым опушением.

Листья тенелюбивых и светолюбивых растений отличаются также анатомическим строением. У световых листьев больше механических тканей, листовая пластинка толще, чем у теневых. Клетки мезофилла мелкие, располагаются плотно, хлоропласты в них мелкие и светлые, занимают постенное положение. Мезофилл листа дифференцирован на столбчатую и губчатую ткани.

У сциофитов листья более тонкие, кутикула отсутствует или слабо развита. Мезофилл не дифференцирован на столбчатую и губчатую ткань. Элементов механических тканей и хлоропластов в теневых листьях меньше, но они более крупные, чем у гелиофитов. Побеги у светолюбивых растений часто с укороченными междоузлиями, сильно ветвящиеся, нередко розеточные.

Физиологические адаптации растений к свету проявляются в изменении ростовых процессов, интенсивности фотосинтеза, дыхания, транспирации, состава и количества пигментов. Известно, что у светолюбивых растений при недостатке света наблюдается вытягивание стеблей. В листьях тенелюбивых растений хлорофилла содержится больше, чем в светолюбивых, поэтому они имеют более насыщенную тёмно-зелёную окраску. Интенсивность фотосинтеза у гелиофитов максимальна при высокой освещённости (в пределах 500–1000 лк и более), а у сциофитов – при малом количестве света (50–200 лк).

Одной из форм физиологической адаптации растений к недостатку света является переход некоторых видов на гетеротрофное питание. Примером таких растений являются виды тенистых еловых лесов – гудайера ползучая, гнездовка настоящая, подъельник обыкновенный. Они живут за счёт мёртвых органических остатков, т.е. являются сапрофитами.

Сезонные адаптации растений к условиям освещённости проявляются в местообитаниях, где световой режим периодически изменяется. В этом случае растения в разные сезоны могут проявлять себя то как светолюбивые, то как теневыносливые. Например, весной в лиственных лесах листья побегов сныти обыкновенной имеют световую структуру и отличаются высокой интенсивностью фотосинтеза. Листья летних побегов сныти, развивающиеся после облиствения деревьев и кустарников, имеют типичную теневую структуру. Отношение к световому режиму у растений может изменяться в процессе онтогенеза и в результате комплексного влияния экологических факторов. Проростки и молодые растения многих луговых и лесных видов более теневыносливы, чем взрослые особи. Требования к световому режиму иногда меняются у растений, когда они оказываются в иных климатических и эдафических условиях. Например, лесные таёжные виды – черника, майник двулистный – в лесотундре и тундре хорошо растут на открытых местообитаниях.

Одним из факторов, регулирующих сезонное развитие организмов, является длина дня. Способность растений и животных реагировать на длину дня получила название фотопериодической реакции (ФПР), а круг явлений, регулируемых длиной дня, называется фотопериодизмом. По типу фотопериодической реакции выделяют следующие основные группы растений:

1. Растения короткого дня, которым для перехода к цветению требуется меньше 12 часов света в сутки. Это, как правило, выходцы из южных областей (хризантемы, георгины, астры, табак и др.).

2. Растения длинного дня – для цветения им нужна длина дня 12 и более часов (лён, овёс, картофель, редис).

3. Нейтральные к длине дня растения. Для них длина дня безразлична, цветение наступает при любой его длине (одуванчик, томаты, горчица и др.).

Длина дня влияет не только на прохождение растением генеративных фаз, но и на их продуктивность, устойчивость к инфекционным заболеваниям. Она также играет важную роль в географическом распространении растений и регулировании их сезонного развития. Виды, распространённые в северных широтах, преимущественно длиннодневные, а в тропиках и субтропиках в основном короткодневные или нейтральные. Однако эта закономерность не абсолютна. Так, в горах тропической и субтропической зон встречаются длиннодневные виды. Многие сорта пшеницы, льна, ячменя и других культурных растений, происходящие из южных районов, имеют ФПР длинного дня. Исследования показали, что при понижении температуры растения длинного дня могут нормально развиваться в условиях короткого дня.

Свет в жизни животных.Свет животным необходим для ориентации в пространстве, влияет также на процессы обмена веществ, на поведение, на жизненный цикл. Полнота зрительного восприятия окружающей среды зависит от уровня эволюционного развития. У многих беспозвоночных имеются лишь светочувствительные клетки, окружённые пигментом, а у одноклеточных – светочувствительный участок цитоплазмы. Наиболее совершенны глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, цвет, определять расстояние. Объёмное зрение характерно для человека, приматов, некоторых птиц (орлов, соколов, сов). Развитие зрения и его особенности зависят также от экологических условий и образа жизни конкретных видов. У обитателей пещер глаза могут быть полностью или частично редуцированы, как, например, у слепых жуков жужелиц, протеев и др.

Различные виды животных способны выдерживать освещение определённого спектрального состава, длительности и силы. Различают светолюбивые и тенелюбивые, эврифотные и стенофотные виды. Ночные и сумеречные млекопитающие (полёвки, мыши и др.) выносят прямое освещение солнцем всего в течение 5–30 мин, а дневные – несколько часов. Однако на ярком солнечном свету даже пустынные виды ящериц не могут долго выдерживать облучения, так как за 5–10 мин температура их тела поднимается до +50–56ºС и животные погибают. Освещение яиц многих насекомых ускоряет их развитие, но до определённых пределов (неодинаковых для различных видов), после чего развитие прекращается. Приспособлением к защите от излишней солнечной радиации являются пигментированные покровы некоторых органов: у рептилий – брюшная полость, органы размножения и др. Животные избегают чрезмерного облучения, уходя в убежища, скрываясь в тени и т.д.

Cуточные и сезонные смены светового режима определяют не только изменения активности, но и периоды размножения, миграции, линьки. Появление ночных и исчезновение дневных насекомых утром или вечером происходят при определённой для каждого вида яркости освещения. Например, мраморный хрущ появляется через 5–6 мин после захода солнца. Время пробуждения певчих птиц меняется в разные сезоны. В зависимости от освещённости меняются места охоты птиц. Так, дятлы, синицы, мухоловки днём охотятся в глубине леса, а утром и вечером – на открытых местах. Животные ориентируются с помощью зрения во время перелётов и миграций. Птицы с поразительной точностью выбирают направление полёта, ориентируясь по солнцу и звёздам. Такая их врождённая способность создаётся естественным отбором как система инстинктов. Способность к такой ориентации свойственна также и другим животным, например, пчёлам. Пчёлы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком, используя в качестве ориентира солнце.

Световой режим ограничивает географическое распространение некоторых животных. Так, длинный день в течение летних месяцев в Арктике и умеренной зоне привлекает туда птиц и некоторых млекопитающих, так как позволяет им добыть нужное количество корма (синицы, поползни, свиристели и др.), а осенью они откочёвывают на юг. Обратное влияние оказывает световой режим на распространение ночных животных. На севере они редки, а на юге даже преобладают над дневными видами.

Температурный режим. От температурных условий зависит интенсивность всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное функционирование белков, в среднем от 0 до +50ºС. Однако эти пороги неодинаковы для разных видов организмов. Благодаря наличию специализированных ферментных систем некоторые организмы приспособились жить при температуре, выходящей за указанные пределы. Виды, приспособленные к жизни в холодных условиях, относят к экологической группе криофилов. У них в процессе эволюции возникли биохимические адаптации, которые позволяют поддерживать клеточный метаболизм при низких температурах, а также противостоять замерзанию или повышать устойчивость к нему. Противостоять замерзанию помогает накопление в клетках специальных веществ – антифризов, которые препятствуют образованию кристаллов льда в организме. Такие адаптации выявлены у некоторых арктических рыб семейства нототениевых, тресковых, которые плавают в водах Северного ледовитого океана, с температурой тела –1,86ºС.

Предельно низкая температура, при которой ещё возможна активность клеток, зафиксирована у микроорганизмов – до –10–12ºС. Устойчивость к замерзанию у некоторых видов связана с накапливанием в их теле органических веществ, таких, как глицерин, манит, сорбит, которые препятствуют кристаллизации внутриклеточных растворов, что позволяет переживать критические морозные периоды в неактивном состоянии (оцепенения, криптобиоза). Так, некоторые насекомые в таком состоянии выдерживают зимой до –47–50ºС. К криофилам относятся многие бактерии, лишайники, грибы, мхи, членистоногие и др.

Виды, оптимум жизнедеятельности которых приурочен к области высоких температур, относят к экологической группе термофилов.

Наиболее устойчивы к высоким температурам бактерии, многие из которых могут расти и размножаться при +60–75ºС. Некоторые бактерии, обитающие в горячих источниках, растут при температурах +85–90ºС, а у одного из видов архебактерий обнаружена способность к росту и делению при температурах, превышающих +110ºС. Спорообразующие бактерии могут выдерживать в неактивном состоянии +200ºС в течение десятков минут. Термофильные виды есть также среди грибов, простейших, растений и животных, но уровень их устойчивости к высоким температурам ниже, чем у бактерий. Высшие растения степей и пустынь могут переносить кратковременные нагревания до +50–60ºС, но фотосинтез у них тормозится уже температурами, превышающими +40ºС. При температуре тела +42–43ºС у большинства животных тепловая гибель наступает.

Температурный режим в наземной среде изменяется в широких пределах и зависит от множества факторов: широты местности, высоты над уровнем моря, близости водоёмов, времени года и суток, состояния атмосферы, растительного покрова и т.д. В ходе эволюции организмов выработались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменении температуры окружающей среды. Это достигается двумя путями: 1) биохимическими и физиологическими перестройками; 2) поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура окружающей среды. Жизнедеятельность большинства видов зависит от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Такие организмы называют пойкилотермными. К ним относятся все микроорганизмы, растения, грибы, беспозвоночные животные и большинство хордовых. Только птицы и млекопитающие способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. Их называют гомойотермными.

Адаптации растений к температурному режиму.Устойчивость растений к изменениям температуры среды различна и зависит от конкретного местообитания, где протекает их жизнь. Высшие растения умеренно тёплого и умеренно холодного поясов эвритермны. Они переносят в активном состоянии колебания температуры от – 5 до +55ºС. В то же время есть виды, имеющие очень узкую экологическую валентность по отношению к температуре, т.е. являются стенотермными. Например, растения тропических лесов не переносят даже температуры +5–+8ºС. Некоторые водоросли на снегу и льду живут только при 0ºС. То есть потребности в тепле у различных видов растений неодинаковы и варьируют в довольно широких пределах.

Виды, обитающие в местах с постоянно высок

Последнее изменение этой страницы: 2017-07-07

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...