Влияние основных абиотических факторов на живые организмы

Федеральное Государственное  Образовательное  Учреждение

Высшего Профессионального  образования

«Московская Государственная  Академия Ветеринарной Медицины и Биотехнологий  им. К.И.Скрябина» 
 
 
 
 

Реферат

на тему: «Влияние основных абиотических факторов на живые организмы» 
 
 

Выполнила:

Студентка I курса ВБФ 3 группа

Гулина А.А

Проверила:

Кораблёва Т.И 
 
 
 
 

Абиотические  факторы среды  и их влияние на живые организмы

Анализ состояния  экосистем, который является обязательным  элементом  всякого современного экологического исследования, требует  рассмотрения экологических факторов. Однако не все они одинаково важны, кроме того, они также различаются  и по интенсивности воздействия  на экосистему. Так, в наземных экосистемах  наиболее существенными считают  интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, количество атмосферных осадков, скорость ветра. Следует подчеркнуть, что выполнение любых экологических работ в современных условиях, например, экологической экспертизы и оценки риска, требует, наряду с анализом воздействия антропогенных факторов, и анализа различных природных экологических факторов. Рассмотрим более подробно некоторые лимитирующие физические факторы.

1.Свет, с одной стороны, служит для организмов первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. С другой стороны, прямое воздействие света на клетку смертельно для организмов. Эволюция биосферы в целом была направлены на «укрощение» поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и защиту от вредных. Следовательно, свет – это не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как на минимальном, так и максимальном уровнях. Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн. Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся физическими свойствами и экологическим значением для различных групп организмов. Границы этих областей приближенно можно представить следующим образом:

•        <150 нм - зона ионизирующей радиации,

•        150 - 400 (390) нм - ультрафиолетовая (УФ) радиация,

•        400 (390) - 800 (760) нм - видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),

•        800 (760) - 1000 нм - инфракрасная (ИК) радиация,

•        >1000 нм - зона т.н. дальней ИК - радиации - мощного фактора теплового режима среды. 

Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губительный для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны от 290 до 390 нм несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых; эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание витаминов, увеличивают устойчивость к болезням. Видимый свет с длиной волны от 390 до 760 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными водорослями) и животными для ориентации. Инфракрасная часть солнечного спектра (тепловые лучи) с длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра для животных с непостоянной температурой тела - пойкилотермных.

На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией. Эта так называемая солнечная постоянная. Этот свет, проходя  через атмосферу, ослабляется и  до поверхности Земли в ясный  полдень может дойти не более 67% его энергии. Проходя через  облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам  спектра. Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45%— из видимого света, на 45% — из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через облака и воду ослабляется видимый свет. Следовательно, фотосинтез может идти и в пасмурные день, и под слоем чистой воды некоторой толщины. Свет необходим всем живым организмам. Но, некоторые организмы могут развиваться в полной темноте. Например, многие грибы и бактерии .Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и т.д. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется процесс фотосинтеза, т.е. синтез органических веществ из неорганических. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом. Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих растений. Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).

Движение  Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов определяется, в первую очередь, сокращением световой части суток осенью и увеличением весной. Продолжительность светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные изменения физиологической активности живых организмов в ответ на изменение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом.  Длина светового дня, в отличие от других абиотических факторов, для каждой местности изменяется строго закономерно (известно, что самый короткий день 22 декабря, а самый длинный - 22 июня, известна продолжительность любого дня года). В результате естественного отбора выживали организмы, чьи физиологические функции регулировались продолжительностью светового дня. Если продолжительность светового дня искусственно поддерживать более 15 часов, наши листопадные деревья становятся вечнозелеными, а если весной с помощью ширмы устроить им осенний день (меньше 12 часов), их рост прекращается, они сбрасывают листву и у них наступает состояние зимнего покоя. Уменьшение светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует отложение запасных питательных веществ организмом, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции, переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений.

2.Температура. Тепловой режим – важнейшее условие существования всех живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в данной местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению  с ними пределы, в которых может  существовать жизнь, очень узки - около 300 0С, от -200 0С до +100 0С. На самом деле большинство видов и большая  часть активных физиологических  процессов приурочены к более узкому диапазону температур. Как правило, это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, - от 0 0С до +50 -С. Однако существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы. Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности организма в целом.

По отношению  к температуре как к экологическому фактору все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые. 

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях относительно низких температур и не выносят высоких. Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, ногохвостки, пингвины.  

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Это преимущественно обитатели жарких тропических районов Земли. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0С, хотя физического замораживания их тканей и не происходит. Причиной их гибели, как правило, является нарушение обмена веществ, приводящее к образованию в растениях несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление.

Многие организмы  обладают способностью переносить очень  высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые виды жуков и бабочек выдерживают температуру до 45-50 С. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52 С обитает рыба – пятнистый ципринодон, в одах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80 С. Температурный оптимум для большинства живых организмов находится в пределах 20-25 С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 0С.

Изменчивость  температуры является мощным экологическим  фактором среды. Живые организмы  приспосабливаются к различным  температурным условиям; одни могут  жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше  адаптированы к колебаниям температуры.

Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Для растений и эктотермных животных количество тепла, необходимое для развития, определяется суммой эффективных температур или суммой тепла. Зная нижний порог развития, легко определить эффективную температуру – по разность наблюдаемой и пороговой температур. Так, если нижний порог развития организма равен 10С, а реальная в данный момент температур воздуха 25С, то эффективная температура будет 15 С (250-100). Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие и т.д. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений – форма их роста. Там, где мало тепла – в Арктике, в высокогорье, - много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Стелющиеся побеги зимуют под снегом и не подвергаются губительному  действию низких температур.

У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Они проявляются в миграциях животных в места с более благоприятными температурами, в изменении сроков активности и т.д. В пустынях, где днём поверхность может нагреваться до 60-70С, на раскаленном песке животных почти не увидишь. Насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, спрятавшись в норы. В глубине почвы температура не так резко колеблется и сравнительно невысокая. При понижении температуры большинство животных переходит на питание более калорийной пищей. Белки в теплое время года поедают более 100 видов кормов, зимой же питаются, главным образом, семенами хвойных, богатых жирами..

При всём многообразии приспособлений живых организмов к  воздействию неблагоприятных температур, выделяют три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных температурных воздействий.

Активный  путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления жизненных функций организма, несмотря на отклонения от температурного оптимума.

Пассивный путь – это подчинение жизненных функций организма ходу внешних температур.

•        Зимняя спячка наблюдается у некоторых  грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность  обмена веществ, уменьшается частота  дыхательных движений и частота  сердечных сокращений, понижается температура  тела.

•        Зимний сон. Осенью животные накапливают  большое количество жировых запасов  и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого  изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно  разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести  отсутствие пищи в зимнее время.

•        Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные  процессы замедлены до минимума, отсутствуют  все видимые признаки жизни.

•        Состояние зимнего покоя. Наблюдается  у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные "антифризы", чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры. Избегание неблагоприятных температурных воздействий – общий способ для всех организмов. Выработка жизненных циклов, когда наиболее уязвимые стадии проходят в самые благоприятные по температурным режимам периоды года. Реакция конкретного вида на температуру не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия температуры окружающей среды и ряда других условий. Другими словами, организм может приспосабливаться к изменению температурного режима. Этот процесс называют акклиматизацией.

     Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов в той или иной мере видоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Например, с повышением влажности воздуха уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность. Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе и у человека.

3. Вода, минеральные  соли. Содержание Н2О 50-80 % в тканях.

Значение  воды:

- вода является  основной средой биохимических  реакций;

- циркуляция, транспорт питательных веществ  и выведение продуктов диссимиляции  в организме в виде водных  растворов;

- участие  воды в газообмене;

- участие  воды в формировании теплового  баланса организмов со средой.

Животные  получают влагу в виде питья, выведение - с мочой и экскрементами, испарение. Метаболическая вода: в жировых отложениях запасы, при окислении жиров - вода. Соли входят в состав тканей. Поддерживают осмотическое давление клеток, ионное равновесие. Пойкилоосмотические организмы - концентрация солей в тканях близка к концентрации солей в окружающей среде (морские беспозвоночные, цианобактерии, низшие растения). Гомойоосмотические - поддерживают внутреннее постоянство осмотического давления. У растений - О2 повышается, органические отходы метаболизма накапливаются в омертвевших тканях - листьях, ядровой древесине. Водно-солевой обмен у водных организмов у большинства морских обитателей концентрация солей в организме близка к морской воде - такие живые организмы называются изотоничными. Абсолютная изотоничность свойственна кишечнополостным и иглокожим. У большинства беспозвоночных наблюдается некоторое повышение осмотического давления внутренней среды организма (гипертоничность), это обеспечивает постоянный приток в организм воды для уравновешивания процессов выделения. Если осмотическое давление внутренней среды организма ниже, чем в морской воде, то это гипотоничность.

Процессы  экскреции и осморегуляции:

Ультрафильтрация - удаление из раствора молекул растворителя и растворимых веществ (при фильтрации крови удаляется большинство мелких молекул ионов солей, сахара, мочевины), образуется первичная моча.

Реабсорбция - обратное всасывание из фильтрата молекул растворимых веществ (ионы солей, сахар) и воды в нужных организму количествах. Отходы метаболизма не реабсорбируются. Конечная моча оказывается гипотонической по отношению к плазме крови.

Секреция - процесс активного переноса растворенных веществ из жидкостей тела в фильтрат или окружающую среду. Это приводит к повышению осмотического давления фильтрата и к понижению осмотического давления жидкостей тела.

Конечный результат этих 3-х механизмов является гомеостат, т.к. он поддерживает константу состава жидкостей тела. Многие водные организмы, живущие в гипертрофированной среде (морская вода). Теряют воду путем осмоса и поглощают растворенные вещества путем диффузии. Потеря воды возмещается питьем, приемом пищи. При этом повышается концентрация солей, их избыток удаляется путем активного транспорта. Организмы, живущие в гипотонической среде, поглощают воду путем осмоса и теряют растворимые вещества путем диффузии. Потеря солей возмещается путем активного поглощения.

Высшие наземные растения в большинстве своем  относятся к гомойогидрическим формам, способным поддерживать определенное соотношение гидратуры цитоплазма и окружающей среды. У пойкилогидрических форм содержание воды в тканях изменчиво и зависит от влажности среды. К пойкилогидрическим формам относятся низшие растения (зеленые водоросли), мхи, папоротники, грибы и лишайники. Растения извлекают нужную им воду из почвы при помощи корней. Лишайники, среди которых есть формы, довольствующиеся малым количеством воды, могут абсорбировать водяной пар. Низшие растения способны поглощать воду всей своей активной поверхностью.

Растения-гидрофиты - пресноводные (элодея, тысячелистник, водяная лилия). Окружены пресной водой, вода поступает путем осмоса, свободно проходит в клетки через мембраны. Объем вакуоли повышается, создается тургорное давление. Водяное давление внутри клетки равно давлению в окружающей среде, поступление воды прекращается.

Галофиты - морские водоросли на сильно засоренных почвах в эстуариях рек. Запасают воду, имеют толстые кисточки стехни, густой слой слизи, чтобы не потерять воду путем испарения. Регулируют содержание солей, выводя их через железы.

Мезофиты - покрытосеменные. Воды достаточно, главное - потери Н2О ввиду испарения. Имеют ряд морфологических и физиологических особенностей, которые помогают уменьшить эти потери (сбрасывание листвы (кутикула, защищенные устьица с Уагс1).

Ксерофиты - суккуленты, склерофиты, растительность сухих мест (пустыни) - экстремальные условия выдерживают в виде спор, семян. Суккуленты (кактус, алоэ - сочные, мясистые); склерофиты - жесткие листья.

4. Кислород По отношению к кислороду все живые организмы делятся на аэробные и анаэробные. К анаэробам относятся только некоторые бактерии, к аэробам - весь остальной живой мир. Энергетические процессы в живом организме основываются на окислительно -восстановительных реакциях. Большинство живых организмов получают энергию путем аэробного окисления органические вещества. Приток О2, вывод СО2. Механизм газообмена в диффузии газов О2, СО2 по градиенту их концентраций. У растений дыхание осуществляется всеми органами. О2 проникает через устьица, растворяется в жидкостях клеточной стенки и по градиенту парциального давления проникают в цитоплазму. У мелких животных дыхание через поверхности тела. У сложных, крупных газообмен через специальные органы. Внешнее дыхание (в дыхательных органах) и внутренний газообмен в клетках и тканях).

Итак, Среди абиотических факторов выделяют:

• Климатические (влияние температуры, света и влажности);
• Геологические (землетрясение, извержение вулканов, движение ледников, сход селей и лавин и др.);
• Орографические (особенности рельефа местности, где обитают изучаемые организмы).

Список используемой литературы:

1. «Общая биология»: В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О. Фадеева; издательство: Академия
2. Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация. - М.: Мысль, 1975.
3. Одум Ю. Основы экологии. - М.: Мысль, 1975.