Основные пути приспособления организмов в условиях окружающей среды
48
Адаптации организмов к условиям среды
Адаптации – это различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции.
Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.
Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных).
Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.
Адаптации можно разделить
на три основных типа: морфологические,
физиологические и
Морфологические адаптации – изменения в строении организма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для привлечения опылителей). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.
Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий).
Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения).
§ 3. Основные пути приспособления
организмов к среде
Вспомните
Строение клетки
Обмен веществ
Терморегуляция
Многие организмы в течение жизни периодически испытывают
влияние факторов, сильно удаляющихся
от оптимума. Им приходится переносить
и сильную жару, и сильные морозы, и летние
засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку
пищи. Как приспосабливаются они к таким
экстремальным ситуациям, когда нормальная
жизнь сильно затруднена?
При ухудшении условий среды
многие виды способны приостанавливать
свою жизнедеятельность и переходить
в состояние скрытой жизни. Это
явление было обнаружено в начале
XVIII столетия Антони ван Левенгуком,
который впервые наблюдал в сделанный
им микроскоп мир мелких организмов.
Он заметил и описал, что некоторые
из них могут полностью высыхать
на воздухе, а затем «оживать»
в воде. В высушенном состоянии
они кажутся полностью
Глубокий анабиоз — это практически полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расширяет возможности выживания организмов в самых суровых условиях. В опытах высушенные семена и споры растений, некоторые мелкие животные — коловратки (рис. 9), нематоды выдерживают длительное время температуры жидкого воздуха (-190 °С) или жидкого водорода (-259,14 С).
Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась нарушением внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способно. Например, в клетках высших растений имеется обычно большая центральная вакуоль с запасом влаги. При высыхании она исчезает, клетка меняет форму, сжимается, и ее внутреннее строение нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается редко. Однако замедление обмена веществ и понижение жизнедеятельности в неблагоприятных условиях — явление широко распространенное. Клетки тела при этом частично обезвоживаются, происходит также и другая перестройка их состава. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют криптобиозом или скрытой жизнью («криптос» — скрытый). В состоянии пониженного обмена веществ организмы резко повышают свою устойчивость и очень экономно тратят энергию.
К явлениям скрытой жизни относятся
оцепенение насекомых, зимний покой
растений, спячка позвоночных животных,
сохранение семян и спор в почве,
а мелких обитателей — в пересыхающих
водоемах (рис. 10). В неактивном состоянии
часто находятся в природе
многие виды бактерий, пока не возникнут
благоприятные условия для их р
Скрытая жизнь — очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни.
Переходя в состояние
Другой, прямо противоположный
путь выживания организмов связан с поддержанием постоянства
внутренней среды, несмотря на колебания
воздействий внешних факторов. Обитая
в условиях изменчивой температуры, теплокровные
животные — птицы и млекопитающие — поддерживают
внутри себя постоянную температуру, оптимальную
для биохимических процессов в клетках
тела.
Рис. 1 1 .
Клетка черешка листа сахарной свеклы:
1 — хлоропласты; 2 — ядро; 3 — вакуоли;
4 — цитоплазма; 5 — митохондрии; 6 — клеточная
оболочка
В вакуолях клеток наземных растений содержатся
запасы влаги, что позволяет им жить на
суше (рис. 11). Многие растения способны
переносить сильные засухи и расти даже
в жарких пустынях.
Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.
Каждый из двух описанных путей
выживания имеет свои преимущества
и недостатки. При возможности
тормозить обмен веществ и
переходить к скрытой жизни организмы
экономят энергию и повышают устойчивость,
но не способны к активности при
ухудшении условий. При регуляции
температуры и запасов влаги
в теле представители различных
видов могут поддерживать нормальную
жизнедеятельность в очень
Кроме подчинения и сопротивления
воздействию внешней среды, возможен
и третий способ выживания —избегание
неблагоприятных условий и активный
поиск других, более благоприятных местообитаний.
Этот путь приспособлений доступен только
подвижным животным, которые могут перемещаться
в пространстве (рис. 12).
Рис. 13. Гнезда и норы животных
Например, зимующие тетерева и рябчики
на большую часть суток зарываются в снег,
где гораздо теплее. Многие животные устраивают
жилища — норы и гнезда, защищающие их
от внешних воздействий. Это тоже путь
избегания неблагоприятных факторов (рис.
13). Ярким
Рис. 14. Стая журавлей
Деревенская ласточка
Рис. 15. Главнейшие направления
пролетных путей птиц
примером избегания зимней бескормицы
и холодов являются дальние перелеты птиц
(рис. 14, 15).
Все три пути выживания могут
сочетаться у представителей одного
и того же вида. Например, растения не
могут поддерживать постоянную температуру
тела, но многие из них способны регулировать
водный обмен. Холоднокровные животные
подчиняются неблагоприятным
Увеличение устойчивости организмов в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в хозяйственной практике. В специальных хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохозяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих видов животных и растений, с тем чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.
Анабиоз. |
Главные пути выживания организмов при ухудшении условий — либо временный переход в неактивное состояние, либо сохранение активности при дополнительных затратах энергии, либо избегание обитания. У разных видов эти пути реализуются по-своему. |
• Примеры и дополнительная
информация
1. Длительность жизни покоящихся
семян растений зависит от
условий хранения. Повышение влажности
и температуры увеличивает
2. В Центральной Антарктиде
3. Теплокровные животные могут жить в очень холодных районах, выдерживая морозы до -50 "С. В таких случаях разница температур самого животного и окружающей среды может составить 80— 90 "С. У пингвинов постоянная температура тела равна +37—38 °С, у северных оленей +38—39 "С. Для поддержания теплового баланса животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важна также роль теплоизолирующих покровов (пуха, пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая вокруг тела воздушную прослойку, сохраняющую тепло.
4. Растения, которые могут жить в очень сухом и жарком климате, способны удерживать воду в теле и регулировать ее испарение. Кактусы, произрастающие в пустынях, обладают очень прочными непроницаемыми покровами с немногочисленными устьицами. Листья их превращены в колючки, этим уменьшена общая поверхность, способствующая испарению. Фотосинтез происходит в зеленом стебле. Жарким днем плотно закрыты устьица, и растения довольствуются при фотосинтезе тем углекислым газом, который проникает в их тело за ночь или выделяется в клетках в процессе дыхания. Скудная почвенная влага, поглощаемая корнями, надолго сохраняется в этих растениях, обеспечивая их жизнедеятельность.
5. В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мокриц. Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружающей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и сухость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки, л в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы растительными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы затыкает отверстие своими передними сегментами, несущими непроницаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от высыхания свое потомство.
6. У суслика в состоянии
• Вопросы.
1. Приведите примеры: 1) избегания организмами
неблагоприятных условий и 2) перехода
в состояние скрытой жизни.
2. У верблюдов после летней стрижки расход воды на испарение увеличился на 50%. Почему это произошло9 В какое время года вы рекомендуете стричь животных?
3. Почему медицинские
инструменты стерилизуют не
4. Маки и тюльпаны — влаголюбивые растения.
Почему они могут расти в жарких пустынях?
5. Колибри, крохотные
птицы Западного полушария,
Темы для дискуссий.
1. Реален ли с биологической точки зрения
полный анабиоз у человека?
2. Почему до сих пор, несмотря
на отсутствие реальных
3. Что, по-вашему, выгоднее —
строить вдвое больше
4. Известно, что у многих рыб
температура тела постоянна.
5. У лошадей, коров, овец и
других домашних животных
Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002. — 304 с.
89 7.2. Структура биоценоза
Структура
любой системы – это
7.2.2. Пространственная структура биоценоза
Тот участок абиотической среды, которую занимает биоценоз, называют биотопом, т. е., иначе, битоп – место обитания биоценоза (от лат. биос – жизнь, топос – место).
Пространственная структура
наземного биоценоза
При совместном обитании растений, разных по высоте, фитоценоз часто приобретает четкое ярусное сложение:ассимилирующие надземные органы растений и подземные их части располагаются в несколько слоев, по-разному используя и изменяя среду. Ярусность особенно хорошо заметна в лесах умеренного пояса. Например, в еловых лесах четко выделяются древесный, травяно-кустарничковый и моховый ярусы. Пять или шесть ярусов можно выделить и в широколиственном лесу: первый, или верхний, ярус образован деревьями первой величины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, клен платановидный, вяз гладкий и др.); второй – деревьями второй величины (рябина обыкновенная, дикие яблони и груша, черемуха, ива козья и др.); третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная, крушина ломкая, жимолость лесная, бересклет европейский и др.); четвертый состоит из высоких трав (борцы, бор развесистый, чистец лесной и др.); пятый ярус сложен из трав более низких (сныть обыкновенная, осока волосистая, пролесник многолетний и др.); в шестом ярусе – наиболее низкие травы, такие, как копытень европейский. Подрост деревьев и кустарников может быть разного возраста и разной величины и не образует особых ярусов. Наиболее многоярусны дождевые тропические леса, наименее – искусственные лесные насаждения (рис. 81, 82).
В лесах всегда есть и межъярусные (внеярусные) растения – это водоросли и лишайники на стволах и ветвях деревьев, высшие споровые и цветковые эпифиты, лианы и др.
Рис. 81. Многоярусный дождевой тропический лес Центральной Амазонки. Растительность полосы длиной 20 м и шириной 5 м
Рис. 82. Одноярусный саженый еловый лес. Монокультуры разного возраста
Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток: под пологом высоких растений могут существовать теневыносливые, вплоть до тенелюбивых, перехватывая даже слабый солнечный свет.
Ярусность выражена и в травянистых сообществах (лугах, степях, саваннах), но не всегда достаточно отчетливо (рис. 83). Кроме того, в них обычно выделяют меньше ярусов, чем в лесах. Впрочем, и в лесах иногда насчитываются всего два четко выраженных яруса, например в бору-беломошнике (древесный, образованный сосной, и напочвенный – из лишайников).
Рис. 83. Ярусность растительности луговой степи (по В. В. Алехину, А. А. Уранову, 1933)
Ярусы выделяют по основной массе ассимилирующих органов растений, оказывающих большое влияние на среду. Ярусы растительности могут быть разной протяженности: древесный ярус, например, толщиной в несколько метров, а моховой покров – всего несколько сантиметров. Каждый ярус по-своему участвует в создании фитоклимата и приспособлен к определенному комплексу условий. Например, в еловом лесу растения травяно-кустарничкового яруса (кислица обыкновенная, майник двулистный, черника и др.) находятся в условиях ослабленного освещения, выровненных температур (более низких днем и более высоких ночью), слабого ветра, повышенных влажности и содержания СО2. Таким образом, древесный и травяно-кустарничковый ярусы находятся в разной экологической обстановке, что сказывается на функционировании растений и на жизни животных, обитающих в пределах этих ярусов.
Подземная ярусность фитоценозов связана с разной глубиной укоренения растений, входящих в их состав, с размещением активной части корневых систем. В лесах нередко можно наблюдать несколько (до шести) подземных ярусов.
Животные также
Расчлененность в
Мозаичность обусловлена рядом причин: неоднородностью микрорельефа, почв, средообразующим влиянием растений и их биологическими особенностями. Она может возникнуть в результате деятельности животных (образование выбросов почвы и их последующее зарастание, образование муравейников, вытаптывание и стравливание травостоя копытными и др.) или человека (выборочная рубка, кострища и др.), вследствие вывалов древостоя во время ураганов и т. д.
А. А. Уранов обосновал понятие
«фитогенное поле». Этот термин обозначает
тот участок пространства, на который
оказывает воздействие
Изменения среды под влиянием
жизнедеятельности отдельных
Вследствие различий средообразующей
деятельности разных видов растений
отдельные участки в елово-
Рис. 84. Фитогенная мозаика липо-елового
леса (по Н. В. Дылису, 1971). Участки: 1– елово-
Мозаичность, как и ярусность, динамична: происходит смена одних микрогруппировок другими, разрастание или сокращение их в размерах.
136 Деградация растительного покрова и животного мира
Растения как
единственные созидатели органической
материи служат биоэнергетической
основой функционирования всей биосферы.
От состояния растительного
Растительность создает особые условия климата в приземном слое атмосферы, играет стабилизирующую роль в окружающей среде. Растительный покров изменяет суточный и годовой ход температуры и влажности, понижая амплитуду их колебания. Травянистый, кустарниковый и древесный покров влияют на поверхностный и внутрипочвенный сток, на испарение влаги, способствуют впитыванию талых вод, улучшают режим минерального питания почв, положительно действуют на водный баланс суши и целом. Растительность обогащает почву органическими веществами, которые преобразуются при участии микроорганизмов в гумус. С помощью высших растений, особенно злаков, формируется структура почвы.
Разнообразие растительного покрова Земли определяется такими основными факторами, как климат, рельеф, почвенно- гидро- логические условия. В соответствии с пространственными изменениями климата отмечается закономерная смена растительных зон от полюсов к экватору. Изменения растительного покрова происходят и с продвижением вглубь материков, и с поднятием коры, что также связано с изменением климатических условий. В пределах однородной по климату территории различия в рельефе, почвах и гидрологических условиях обусловливают особенности структуры растительного покрова, состава и продуктивности конкретных растительных сообществ. Региональное распределение растительности имеет первостепенное значение для использования естественных растительных ресурсов, их восстановления и охраны.
Растения служат источником питания людей, для кормления сельскохозяйственных животных, в качестве лекарственного сырья и для многих других целей. Всего человеком используется около 20 тысяч видов растений, из них разводятся и культивируются около 2,5 тысяч.
Среди растительных ресурсов планеты особое место занимают лесные формации. Лес представляет собой природный комплекс, в составе которого преобладают деревья одного или многих видов, растущие близко друг от друга и образующие более или менее сомкнутый древостой. Вместе с тем лес рассматривается как совокупность земли, древесной, кустарниковой и травяной растительности, микроорганизмов и других компонентов окружающей среды, биологически взаимосвязанных и влияющих друг на друга в своем развитии.
Леса на земле
образуют самые крупные экологические
системы. Структура лесных экологических
систем зависит от физико-географических
условий среды, видового состава
и биологических особенностей растений.
Лес является главнейшим источником
и аккумулятором органического
вещества, оказывает решающее воздействие
на энергетический обмен в биосфере,
выступает носителем
Леса выполняют
водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические,
оздоровительные и иные полезные
функции, улучшают окружающую среду, создают
условия для обитания диких животных.
Санитарно-гигиеническая роль леса
проявляется в выделении
Лес является одной
из основ хозяйственной
Лесные ресурсы включают стволовые запасы древесины и разнообразные недревесные ресурсы, а именно: технические (живицу, пробку и др.), кормовые, охотничье-промысловые, пищевые (грибы, плоды, ягоды, орехи и др.), лекарственные растения. Лесные ресурсы относятся к возобновляемым и рассматриваются вместе с занимаемыми ими землями, которые могут использоваться в целях сохранения, воспроизводства и повышения продуктивности лесов.