Лекция 2 Основные экологические факторы и их
реклама
ЛЕКЦИЯ № 2. ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА. АДАПТАЦИЯ К ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ. Понятие среды. Условия и ресурсы среды. Экологические факторы. Классификация факторов среды. Абиотические факторы среды их классификация. Классификация организмов по отношению к экологическим факторам. Понятие о биологических ритмах. Фотопериодизм. Адаптация живых организмов к экологическим факторам. Понятие среды. Все организмы на Земле существуют в определенных условиях. Та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует, называется среда обитания. Под средой обитания обычно понимают природные тела и явления, с которыми организм (организмы) находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях. Отдельные элементы среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), носят название факторов. Наряду с термином «среда обитания» используются также понятия «экологическая среда», «местообитание», «окружающая среда», «окружающая природная среда», «окружающая природа» и др. Четких различий между этими терминами нет, но на некоторых из них следует остановиться. В частности, под популярным в последнее время термином «окружающая среда» понимается, как правило, среда, в той или иной (в большинстве случаев в значительной) мере измененная человеком. К ней близки по смыслу «техногенная среда», «антропогенная среда», «промышленная среда». Природная среда, окружающая природа - это среда, не измененная человеком или измененная в малой степени. С термином «местообитание» обычно связывается та среда жизни организма или вида, в которой осуществляется весь цикл его развития. В «Экологии» речь обычно идет о природной среде, окружающей природе, местообитаниях; в «Прикладной и социальной экологии» - об окружающей среде. Этот термин часто считают неудачным переводом с английского environment, поскольку отсутствует указание на объект, который окружает среда. Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдельные факторы (лат. делающий, производящий). Под экологическими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями, или адаптациями. За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов. Факторы, которые необходимы для существования определенного вида, называются факторами–ресурсами. Факторы, которые приводят к снижению численности вида (к его элиминации), называются элиминирующими факторами. Классификация экологических факторов. По происхождению различают три основные группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные. Основные экологические факторы: 1. биотические – взаимодействие между особями в популяциях и между популяциями: - фитогенные – влияние растений; - микогенные – влияние грибов; - зоогенные – влияние животных; - микробиогенные – влияние микроогранизмов. 2. абиотические – факторы неживой природы, оказывающие влияние на организм: - климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха; - эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы; - орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона; - химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность - физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения - гидрографические: факторы водной среды - вода, течение, соленость. 3. антропогенные (антропические) – влияние деятельности человека непосредственно на живые организмы или среду обитания: - физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, влияние шума и вибрации; - химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение Земли отходами промышленности и транспорта; - биологические: продукты питания, организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания; - социальные: связанные с отношениями людей и жизнью в обществе. Действие антропогенных факторов на организм бывает прямым и косвенным. Прямое влияние на организмы – непосредственно влияет на организм, главным образом на обмен веществ (например, промысел). Косвенное – влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов, влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т. п.). Современные экологические проблемы и возрастающий интерес к экологии связан с действием антропогенных факторов. Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресурсы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при её дефиците, убежища, удобные места для размножения и т.п.. Условия - это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Интересна классификация факторов по периодичности и направленности действия, степени адаптации к ним организмов. В этом отношении выделяют факторы: 1. Регулярно-периодические, меняющие силу воздействия в связи со временем суток , или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане. 2. Нерегулярные, без чёткой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера-бури, ливни, обвалы, и т.п.. 3. Направленные на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоёмов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.п.. 4. Неопределенного действия. Сюда относятся антропогенные факторы, наиболее опасные для организмов и их сообществ. Среди них выделяют: - вредные (вибрации и шум) - опасные (электр.ток) - особо опасные (взрыв, пожар). Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ). Неблагоприятные стрессорами. факторы, вызывающие стресс, называются Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов. Из перечисленных групп факторов организмы легче всего адаптируются или адаптированы к тем, которые четко изменяются (строго периодические, направленные). Адаптационность к ним такова, что часто становится наследственно обусловленной. И если фактор меняет периодичность, то организм продолжает в течение некоторого времени сохранять адаптации к нему, т. е. действовать в ритме так называемых «биологических часов». Такое явление, в частности, имеет место при смене часовых поясов. Некоторые трудности характерны для адаптации нерегулярно- периодическим факторам, но организмы нередко имеют механизмы предчувствия их возможности (землетрясения, ураганы, наводнения и т. п.) и в какой-то мере могут смягчать их отрицательные последствия. Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять: - как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; - как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; - как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; - как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды. По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов. Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» – растение), -филы (от «филео» – люблю), -трофы (от «трофе» – пища), -фаги (от «фагос» – пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы – по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы – по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги – по отношению к животным, а также некоторым вирусам. Рассмотрим некоторые экологические группы организмов, различающихся по отношению к разным абиотическим факторам. Абиотические факторы и их классификация. Абиотические факторы наземной среды. Лучистая энергия солнца. Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза). Количество энергии у поверхности Земли -21*10 23 кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация). Освещение. Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения, является основным источником энергии, которая используется для всех жизненных процессов на Земле. Растения используют на фотосинтез менее 1 % солнечной энергии, остальная ее часть рассеивается в виде тепла или отражается (альбедо). Различают: Видимые лучи - длина волны 0,4-0,75 мкм, составляют 45% от общего количества лучистой энергии Солнца, попадающей на Землю, обеспечивают процесс фотосинтеза, а также видимость и ориентацию в пространстве всех живых существ. В процессе фотосинтеза используются синие и красные лучи Инфракрасные лучи - длина волны более 0,75 мкм, составляют 45% от общего количества лучистой энергии Солнца, попадающей на Землю, основной источник тепла, поддерживающего температуру окружающей среды. Ультрафиолетовые лучи - длина волны менее 0,4 мкм, составляют 10% от общего количества лучистой энергии Солнца, попадающей на Землю. При интенсивном облучении губительно для живого организма, т.е. вызывают повреждения в клетках, возникновение мутации. В небольших количествах необходимы ряду организмов, например для синтеза витамина D,пигментов кожи (загар) и др. Пути расходования солнечной энергии на поверхности Земли: до 19% рассеивается в атмосфере (парами и пылью, молекулами газов), около 34% отражается от атмосферы(от облаков) в космическое пространство и только 47% солнечной энергии достигает биосферы. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений: – гелиофиты – светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний). Характерные адаптации: укороченные междоузлия, сильное ветвление, листья мелкие или с рассеченной пластинкой, хорошо развиты покровные и механические ткани, часто развито опушение, часто имеется восковой налет, палисадная хлоренхима многослойная, хлоропластов много, но они мелкие. – сциофиты – тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов). Характерные адаптации: крупные тонкие листья, характерна листовая мозаика, палисадная хлоренхима однослойная, хлоропластов мало, но они крупные. – факультативные гелиофиты – теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично – признаками сциофитов. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы животных: - фотофилы – светолюбивые; -фотофобы – тенелюбивые; - эврифотные – переносящий широкий диапазон освещенности; - стенофотные – переносящие узкоограниченные условия освещенности; Температура. Температура обеспечивает существование, развитие и распространение живых существ. Температура, при которой существует жизнь, составляет всего 300С (-200..100С). Представители большинства видов живых способностью организмов не обладают активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела — от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермпыми). Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых. Характерна низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла. Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермными (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах. Частный случай гомойотермии — гетеротермия — свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в случае низкой активности организма — пониженную, что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей. У многих видов растений и животных клетки сохраняют активность при температуре от 0 до -8°С. Такие организмы относятся к экологической группе криофилов. Криофилия характерна для многих бактерий, грибов, лишайников, членистоногих и других существ, обитающих в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных полярных водах и т. п. Виды, оптимальные условия, жизнедеятельности которых приурочены к области высоких значений температур, относят к экологической группе термофилов. Термофильность характерна для многих бактерий, вызывающих самонагревание влажного зерна, сена, цианобактерии осцилатории, населяющей термальные источники Камчатки с температурой воды 85— 93°С. Также успешно переносят высокие температуры (65—80°С) несколько видов зеленых водорослей, накипные лишайники, семена пустынных растений, находящиеся в верхнем раскаленном слое почвы. Температурный предел представителей животного мира обычно не превышает +55—58°С (раковинные амебы, нематоды, клещи, некоторые ракообразные, личинки многих двукрылых). Влажность атмосферного воздуха. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 о о всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t 0 воздуха. Атмосферные осадки. Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t 0 воздуха, движение воздуха, рельеф. Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности: • Влажная экваториальная. Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов). • Сухая зона тропического пояса. Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка). • Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь. • Полярная область. Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t 0 воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью. 6) Газовый состав атмосферы. Состав ее практически постоянен и включает: N 2 -78%, 0 2 -20,9%, СО 2 , аргон и другие газы, частицы воды, пыль. 7) Движение воздушных масс (ветер). Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью- Гемпшир, США). Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере. 8) Давление атмосферы. 760 мм ртутного столба или 10 5 кПа. Абиотические факторы почвенного покрова. Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой. Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух- О 2 , СО 2 ), растения, животные, микроорганизмы, гумус. Толщина почвы; 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах. 1 см почвы образуется примерно за 100 лет. Типы почв: 1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %) 2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %). 3. Черноземы (степь, гумус до 10 %). 4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%). 5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%). 6. Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %). Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения. Физические свойства: 1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра. 2. Плотность. 3. Теплоемкость, теплопроводность. Влагоемкость, 4. влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость). 5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы). Химические свойства: 1. Химический состав: до 50 % SiO 2 - кремнезем до 25 % Al 2 O 3 - глинозем до 10 %- оксиды Fe остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д. 2. Кислотность 3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.) Влияние кислотности на растения: • Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи • Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений • На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...) • Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная) Абиотические факторы водной среды. Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022 % веса планеты, площадь - 1350 млн. кв. км -океаны, 35 млн. кв. км - пресные воды. Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов. Физические свойства: 1. Плотность. Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон). 2. Температура. Изменение t° в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные). Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t° верхних слоев океана -10-15°С, более глубокие слой 3 -4°С. 3. Световой режим. Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10-6 солнечной радиации. С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция). 4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве. 5. Прозрачность. Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды). Химические свойства: 1.Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л. Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки. 2. Количество растворенного О 2 и СО 2 . О 2 - для дыхания. 3. Кислая, нейтральная, щелочная среда. Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов. Понятие о биологических ритмах. Фотопериодизм. Действие экологических факторов на организмы непостоянно во времени. Поэтому в большинстве случаев наблюдается цикличность действия факторов и, соответственно, цикличность в жизнедеятельности организмов. Периодичность в действии факторов приводит к существованию биологических ритмов. Природные биоритмы делятся на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные). Экзогенные ритмы имеют геофизическую природу. По величине периода колебаний выделяют суточные, приливно-отливные, месячные, годичные и более длительные биоритмы. Внешними факторами–сигналами могут быть: температура, освещенность, влажность. Эндогенные ритмы связаны с автоколебаниями в пределах одного организма (например, изменение температуры тела в течение суток). Эти ритмы, в значительной мере, являются генетически обусловленными. Иначе говоря, эндогенные ритмы являются физиологическими. Эндогенные ритмы контролируются системами обратных связей внутри организма. В ходе эволюции многие экзогенные ритмы превратились в эндогенные, наследственно обусловленные. Например, некоторые суточные ритмы сохраняются даже при постоянстве внешних условий (суточная активность, изменение температуры тела). Однако периодичность физиологических процессов при отсутствии внешних сигналов несколько отличается от 24–часовой. Такие ритмы называются циркадными (околосуточными). Некоторые годичные ритмы могут также сохраняться при постоянстве внешних условий (например, цикличность размножения растений и животных в неволе). Однако периодичность этих процессов также несколько отличается от календарного года. Такие ритмы называются цирканными (окологодичными). Адаптации к ритмичности природных явлений. Наряду с длиной дня организмы эволюционно адаптировались к другим видам периодических явлений в природе. Прежде всего, это относится к суточной и сезонной ритмике, приливно-отливным явлениям, ритмам, обусловливаемым солнечной активностью, лунными фазами и другими явлениями, повторяющимися со строгой периодичностью. Человек может нарушать эту ритмику через изменение среды, перемещением организмов в новые условия и другими действиями. Ритмичность действия факторов среды, подверженная строгой периодичности, стала физиологически и наследственно обусловленной для многих организмов. Например, к суточной ритмике адаптирована активность многих животных организмов (интенсивность дыхания, частота сердцебиений, деятельность желез внутренней секреции и т. п.). Одни организмы очень стойко сохраняют эту ритмику, другие более пластичны. Например, отмечается, что черные крысы более стойки к суточной (или околосуточной) ритмике и поэтому меньше склонны к расселению, держатся в определенных местообитаниях; серые крысы более лобильны по ритмике, легче осваивают новые условия и поэтому являются практически космополитами. Индивидуальны реакции отдельных людей на изменение суточной ритмики. Например, одни лица относительно легко переносят смену часовых поясов, и для их адаптации в новых условиях требуется непродолжительное время. Другие - переносят такие смены болезненно и приспосабливаются к ним в течение более длительных периодов. Это явление представляет серьезную проблему с физиологической и медицинской точек зрения. В частности, при решении проблем ночных смен работы, пребывания в космосе, перелетах на значительные расстояния и т. п. Поразительна высокая и разнообразная адаптивность некоторых организмов к подобным природным ритмам. Например, приливно-отливные ритмы морей связаны с солнечными сутками (24 часа), лунными сутками (24 часа 50 минут). Кроме этого, в течение последних имеют место два прилива и два отлива, которые ежедневно смещаются на 50 минут. Сила приливов изменяется также в течение лунного месяца, равного 29,5 солнечным суткам, а приливы дважды в месяц (при новолунии и полнолунии) достигают максимальной величины. Некоторые организмы, обитающие в приливноогливной зоне (литораль), адаптируются ко всем изменениям водной среды. Например, отдельные рыбы (атерина в Калифорнии) (вкладывают икринки на границе максимального прилива. К этому же периоду приурочен и выход мальков из икринок. Многие из ритмов становятся наследственно обусловленными. Например, при перемещении некоторых животных в более северные районы они (животные) продолжают сохранять свою ритмику. В таких случаях нарушается правило приуроченности наиболее ответственных периодов в жизни (размножения) к более благоприятному времени. Так, австралийские страусы в условиях Аскании Нова (Украина) могут откладывать яйца на снег. Нет оснований доказывать, что ритмичность деятельности организмов должна учитываться человеком при тех или иных изменениях среды и особенно при перемещениях или переселениях организмов, например, при интродукции (перемещении вида в новые условия за пределы его ареала). Правило Ашоффа. Согласно правилу Ашоффа, период циркадианного ритма активности с увеличением интенсивности освещения у дневных животных, помещенных в условия постоянного освещения, укорачивается, а у ночных – возрастает. Фотопериодизм Одним из наиболее важных экзогенных факторов является чередование светлого и темного времени суток (длина светового дня). Реакция организмов на сезонные изменения длины дня называется фотопериодизм. Фотопериодизм дает возможность организмам заранее подготовиться к изменениям среды. Иначе говоря, фотопериодизм – это реакция организмов на будущие события. Сигнальное свойство фотопериодизма выражается в том, что растительные и животные организмы обычно реагируют на длину дня своим поведением, физиологическими процессами. Например, сокращение продолжительности дня является сигналом для подготовки организмов к зиме. У животных изменение длины светового дня определяет сроки размножения, миграции, подготовки к спячке или к другим формам покоя накопление жиров, смена накожных покровов, подготовка птиц к перелетам и т. п. У растений изменение длины светового дня определяет начало цветения, начало листопада, начало подготовки к глубокому покою, повышение концентрации клеточного сока и т. п.. Длина светового дня, обеспечивающая переход в очередную фазу развития, называется критической. Различают два вида фотопериодической реакции: короткодневная (реакция на уменьшение продолжительности светового дня) и длиннодневная (реакция на увеличение продолжительности светового дня). Например, редис при увеличении светового дня (весной) образует корнеплоды, а при уменьшении светового дня (летом) – дает цветки и плоды. В то же время, часть организмов и их функций не зависят от длины дня (нейтральная фотопериодическая реакция). Это касается многих обитателей низких широт, организмов с коротким жизненным циклом. Растения короткого дня существуют в низких (южных) широтах, где при длинном периоде вегетации день остается относительно коротким. Растения длинного дня характерны для высоких (северных) широт, где при коротком вегетационном периоде день длиннее, чем в южных широтах, вплоть до круглосуточного. Перемещение растений из одних широт в другие без учета данного явления обычно заканчивается неудачей: растения ненормально развиваются, не вызревают. Кроме фотопериодизма существуют и другие виды периодических реакций, например, термопериодизм – реакция организмов на сезонные изменения среднесуточной температуры. Однако эти реакции менее выражены и не играют столь большой роли в жизни организмов, как фотопериодизм. Адаптация. Виды адаптации. Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов. Основные механизмы адаптации на уровне организма: • физиологические - например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов. • морфо-анатомические - особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни; • онтогенетические - ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий. • поведенческие - например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.; • биохимические– проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества, в изменении биохимического состава клеток и тканей Наибольшие трудности для адаптации представляют факторы, природа которых неопределенна, к ним организм, как правило, не готов, вид не встречался с такими явлениями и в процессе эволюции. Сюда, как отмечалось, относится группа антропогенных факторов. В этом их основная специфика и антиэкологичность. Многие из этих факторов, кроме того, выступают как вредные. Их относят к группе ксенобиотиков (греч. ксенокс чужой). К последним относятся практически все загрязняющие вещества. В числе быстроизменяющихся факторов большое беспокойство в настоящее время вызывают изменение климата, обусловливаемое так называемым «тепличным, или парниковым, эффектом», изменение водных экосистем в результате преобразования рек, мелиорации и т. п. Только в отдельных случаях по отношению к таким факторам организмы могут использовать механизмы так называемых преадаптаций, т. е. те адаптации, которые выработались по отношению к другим факторам. Так, например, устойчивости растений к загрязнениям воздуха в какой-то мере способствуют те структуры, которые благоприятны для повышения засухоустойчивости: плотные покровные ткани листьев, наличие на них воскового налета, опущености, меньшее количество устьиц и другие структуры, замедляющие процессы поглощения веществ, а следовательно, и отравление организма. Это необходимо учитывать, в частности, при подборе ассортимента видов для выращивания в районах с высокой промышленной нагрузкой, для озеленения городов, промплощадок и т.п. При активной жизнедеятельности организмы питаются, растут, передвигаются, развиваются, размножаются, характеризуясь при этом интенсивным метаболизмом. Покой может быть разным по глубине и продолжительности, многие функции организма при этом ослабевают или не выполняются совсем, так как уровень обмена веществ падает под влиянием внешних и внутренних факторов. Акклиматизация – приспособление к изменениям температурного режима. В зимний период времени при недостатке корма гомойотермные животные или мигрируют (поведенческая) т.е. переселяются в более благоприятные условия или находятся в состоянии сна или спячки. Состояние животного, оцепенения прекращением – характеризуется питания, резким неподвижностью снижением всех физиологических функций (насекомые, рыбы и земноводные - лягушки) Зимняя спячка наблюдается у некоторых грызунов, летучих мышей, ежи, барсуки и т.д. Уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела, пониженный уровень обмена веществ поддерживается за счет запасов энергии(жира). Зимний сон. Животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. при этом не происходит глубокого изменения обмена, животное можно разбудить(медведь). Некоторым животным достаточно воды, которая содержится в пище (кенгуровая крыса). Многие животные степей и пустынь могут переносить недостаток воды и высокую температуру, впадая в состояние летней спячки - грызуны и черепахи. Многие животные ведут ночной образ жизни, имеют плотные покровы и пониженное потоотделение. Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума. Или почти прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют. Повышается устойчивость организмов ко многим неблагоприятных факторам, при этом они образуются споры (бактерии), цисты(простейшие). Гипобиоз. При гипобиозе торможение активности, или оцепенение, возникает под прямым давлением неблагоприятных условий и прекращается почти сразу после того, как эти условия возвращаются к норме. Подобное подавление процессов жизнедеятельности может возникать при недостатке тепла, воды, кислорода, при повышении осмотического давления и т. п. Выгоды гипобиоза – быстрое восстановление активной жизнедеятельности Криптобиоз. Он связан с комплексом эндогенных физиологических перестроек, которые происходят заблаговременно, до наступления неблагоприятных сезонных изменений, и организмы оказываются к ним готовы. Ему предшествует накопление резервных веществ, частичная дегидратация тканей и органов, уменьшение интенсивности окислительных процессов и ряд других изменений, понижающих в целом тканевый метаболизм. В состоянии криптобиоза организмы становятся во много раз более устойчивыми к неблагоприятным воздействиям внешней среды . Выход из криптобиоза также требует времени и затрат энергии и не может быть осуществлен простым прекращением отрицательного действия фактора. Для этого необходимы особые условия, различные для разных видов. Состояние криптобиоза характерно, например, для семян растений, цист и спор различных микроорганизмов, грибов, водорослей. Правило Аллена: выступающие части северных животных меньше, чем у южных того же вида. Согласно этому правилу, в холодных зонах относительно размера тела сокращаются площади поверхностей выступающих органов по сравнению с млекопитающими более теплых зон. Правило Бергмана: размеры северных животных больше, чем у южных того же вида. Согласно этому у экологически близких млекопитающих в холодных климатических зонах закономерно увеличивается размер тела и вес внутренних органов, имеющие отношение к регулированию процессов обмена. Правило Глогера: снижению теплопотерь способствуют опушение, оперение, шерстный покров, жировые отложения, темный окрас покрова Различают следующие формы приспособлений: - покровительственные формы и окраски; - маскировка; - расчленяющая окраска; - предостерегающая окраска (демонстрация); - мимикрия; - насекомоядность у растений; - химическое взаимодействие; - забота о потомстве.
