Критические точки. Экстремальные условия.

Ограничивающий фактор.

• Примеры и дополнительная информация         *

1. Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно посто- янными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для раз- ных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Икра ло- сосей может развиваться только в интервале температур от О С до

+12 °О, а взрослые особи легко переносят колебания от -2 °С до

+20 С.

Как оптимум, так и границы устойчивости организмов можно в оп- ределенных пределах сдвинуть направленным влиянием внешних условий. Если, например, на цветковые растения кратковременно действовать высокими температурами, то их устойчивость повы- шается, возникает так называемая «тепловая закалка». Так и про- исходит в природе, когда наступлению сильной устойчивой жары предшествуют кратковременные подъемы температур в отдельные

 

19

дни. Таким же образом аквариумных рыб можно постепенно при- учить к жизни в более холодной или теплой воде.

2. Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, потребляют и тем самым уменьшают их количество для других. К ресурсам от- носят пищу, убежища, удобные места для размножения и т. п. Условия — это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них, обычно, не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет — жизненно необходимый энер- гетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обла- дающих зрением животных — условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ре- сурсом.

3. Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких услови- ях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнару- жено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глуби- нах в 6 км — 140, а в поверхностных слоях океанов — многие тыся- чи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи об- наружили при концентрации солей 30 г/л 64 вида, при 100 г/л — 38 видов, при 160 г/л — 12 видов, а при 200 г/л — всего 1 вид.

4. Некоторые организмы живут при температурах тела ниже 0 С, но только в том случае, если вода внутри клеток не замерзает, а нахо- дится в переохлажденном состоянии. Например, ряд рыб, обитаю- щих у берегов Антарктиды или в морях Северного Ледовитого океана, имеет нормальную температуру тела до -1,7 °С (рис. 7). Об- наружены также бактерии, размножающиеся при температурах выше +100 С. Это происходит при строго определенных условиях, возле горячих источников на дне океана. Из-за высокого давления вода при такой температуре не кипит.

5. Озимая совка — вредитель зерновых и овощных культур, встреча- ется в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут пере- носить морозы до -11 °С, а гусеницы младших возрастов не выдер- живают охлаждения ниже -5 °С. Восточная граница распро- странения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 °С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура — фактор, ограничивающий распространение вида.

 

20

6. Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Не- мецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все другие условия благоприятны, но среди ми- неральных солей, необходимых растению, фосфора содержится только 50% от требуемого, а кальция — 20%, значит, урожай будет в 5 раз меньше возможного. Главный ограничитель в этих условиях — кальций. Внесем его в почву до нормы. Урожай под- нимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь глав- ный ограничитель — фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влияние недостаточных доз удобрений, его выводы получили на- звание «правило минимума». Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нару- шается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехни- ке все элементы питания даются растениям в строго оптимальной дозировке.

• Вопросы. 1. Какие факторы наиболее часто ограничивают рост и развитие таких ценных видов рыб, как осетровые или лососевые? 2. Нагрузка веса тела на опорную поверхность ног свыше 30 г на 1 см2 сильно затрудняет передвижение животного по рыхлому снегу. У рыси она равна 422 г, а у лося — около 500 г на 1 см2. Но для рыси полуметровый слой снега — фактор, ограничивающий активность, а для лося — нет. Как вы думаете, почему? 3. В тропических районах океана, где много тепла и света, жизнь очень бедна. Эти районы называют океа- ническими пустынями. Как вы думаете, что ограничивает здесь размножение одноклеточных водорослей, от которых, в свою очередь, зависят животные?

4. В теплице, где выращивалась рассада и поддерживались оптимальная темпе- ратура и влажность, прекратилась подача воды. Ремонт должен занять два дня. Агроном распорядился ограничить подачу тепла в теплицу. Правильно ли он сде- лал и почему?

 

Q Задания. 1. Начертите график областей выживания и оптимума бабочки яб-г лонной плодожорки, которая является опасным вредителем садов. На горизон- тальной оси отложите значения влажности воздуха в процентах, на вертикаль- ной — температуры в градусах. Используйте приведенные ниже показатели.

Полная гибель куколок яблонной плодожорки наступает при сочетаниях:  10 °С и 100%, 4 °С и 80%, 15 °С и 40%, 28 °С и 15%, 36 °С и 55%, 37 °С и 100% (первая

цифра — температура, вторая — влажность воздуха). Гибель менее 10% при соче- таниях: 20 °С и 85%, 22 °С и 95%, 27 °С и 55%, 26 °С и 55%, 22 °С и 70%. Соедини-

те замкнутой кривой точки для каждого уровня выживания. Рассмотрите полу- ченный график. Подумайте, велика ли опасность размножения этого вредителя в районах с летними температурами 18—25 °С и влажностью воздуха 70—90%, в районах с летними температурами 20—35 °С и влажностью воздуха 20—35%.

2. Микроскопические мучные клещи могут в огромных количествах размножаться в зернохранилищах и приводить зерно в полную негодность. При оптимальной температуре +20—22 °С развитие яйца длится 3—4 дня, при +10 °С — растягива-

 

21

ется до полутора месяцев Температур выше +45—50 °С клещи не переносят Они погибают при влажности зерна 10—12% из-за сухости и выше 70% — из-за разви- тия плесневых грибков Предложите способ, как избавиться от клещей и сохра- нить зерно, не прибегая к ядохимикатам

• Тем ы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1. Обсудите, почему чувство меры так ценится у всех народов мира и входит в нормы морали 2. В каких проявлениях сельско- хозяйственной деятельности часто нарушается закон оптимума9 3. Существует русская поговорка «Кашу маслом не испортишь», которую применяют и к некото- рым хозяйственным делам Противоречит ли это закону оптимума9 4. Применим ли закон оптимума к сильно действующим на человека ядам9 5. Благодаря соз- данию искусственного микроклимата люди могут жить и работать в разных темпе- ратурных условиях, вплоть до антарктической зимы или космической стужи Зна- чит ли это, что температура не является фактором, ограничивающим деятельность человека9

 

 

ВСПОМНИТЕ              § 3.  Основные пути

Строение клетки                  Приспособления

Обмен веществ                      ОрганИЗМОВ К Среде

Терморегуляция

Многие организмы в течение жизни периоди- чески испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптиму- ма. Им приходится переносить и сильную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как при- спосабливаются они к таким экстремальным ситуациям, когда нормаль- ная жизнь сильно затруднена?

При ухудшении условий среды многие виды способны приостанав- ливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жиз- ни. 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 высушен- ном состоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом («ана» — нет,

«биос» — жизнь).

Глубокий анабиоз — это практически полная остановка обме- на веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращать- ся к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно рас- ширяет возможности выживания организмов в самых суровых услови- ях. 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).

22

Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании ор- ганизмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопро- вождалась 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 строе- ние нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается ред- ко. 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 ана- биозу, 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, зим- ний 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 бакте- рий, пока не возникнут благоприятные условия для их размножения.

Скрытая жизнь — очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятные изменения сре- ды обитания. При восстановлении необходимых условий орга- низмы вновь переходят к активной жизни.

Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом за- траты на свое существование.

Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержа- нием постоянства внутренней среды, не- смотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях изменчивой тем- пературы, теплокровные животные — птицы и млекопитающие — поддерживают внутри се- бя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела.

 

Рис. 11.

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 по- зволяет им жить на суше (рис. 11). Многие растения способны перено- сить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.

Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших за- трат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Каждый из двух описанных путей выживания имеет свои преиму- щества и недостатки. При возможности тормозить обмен веществ и пе- реходить 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 раз- личных видов могут поддерживать нормальную  жизнедеятельность в очень широком диапазоне внешних условий, но тратят при этом много энергии, которую им необходимо постоянно восполнять. Кроме того, такие организмы очень неустойчивы к отклонениям режима их внут- ренней среды. Например, у человека повышение температуры тела все- го на 1 °С свидетельствует о нездоровье.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания — избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообита- ний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве (рис. 12).

 

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

 

26

примером избегания зимней бескормицы и холодов являются дальние перелеты птиц (рис. 14, 15).

Все три пути выживания могут сочетаться у представителей одно- го и того же вида. Например, растения не могут поддерживать посто-

 

27

янную температуру тела, но многие из них способны регулировать вод- ный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия. В целом же мы видим, что при огромном разнообразии живой природы в ней можно выделить лишь несколько основных путей приспособительного развития видов.

Увеличение устойчивости организмов в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в хозяйственной практике. В специаль- ных хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохо- зяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих ви- дов животных и растений, с тем чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.

 

• Анабиоз.               • Главные пути выживания организмов Скрытая жизнь. при  ухудшении  условий  —  либо  времен- Постоянство  ный переход в неактивное состояние, внутренней среды.              либо сохранение активности при допол- Избегание         нительных затратах энергии, либо избе- неблагоприятных          гание неблагоприятного фактора и пе- факторов.                 ремена мест обитания. У разных видов

эти  пути  реализуются по-своему.

 

• Примеры и дополнительная информация

1. Длительность жизни покоящихся семян растений зависит от усло- вий хранения. Повышение влажности и температуры увеличивает траты резервов семени на дыхание, и они в конце концов истоща- ются. Желуди дуба хранятся не более трех лет. Сухие семена мо- гут долго лежать, не теряя всхожести: семена мака — до 10 лет, зерновки ржи, ячменя и пшеницы — до 32, плоды одуванчика — до 68, лотоса — до 250 лет. Известен случай, когда проросли семе- на лотоса, найденные в торфе болота, высохшего 2000 лет тому на- зад. Плоды этого растения покрыты толстой газо- и водонепрони- цаемой оболочкой.

2. В Центральной Антарктиде русские исследователи провели мик- робиологический анализ образцов льда из глубины ледника. Воз- раст слоев льда, в которых обнаружены жизнеспособные микроор- ганизмы, достигает 10—13 тыс. лет. Найдены в основном бакте- рии, а также споры грибов и дрожжей. Позднее жизнеспрсобные

 

28

бактерии были обнаружены в образцах горных пород под антарк- тическим ледником. Их возраст составлял от 10 тыс. до 10 млн лет.

3. Теплокровные животные могут жить в очень холодных районах, выдерживая морозы до -50 С. В таких случаях разница темпера- тур 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 балан- са животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важ- на также роль теплоизолирующих покровов (пуха,  пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая во- круг 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 поверх- ность, способствующая испарению. Фотосинтез происходит в зеле- ном стебле. Жарким днем плотно закрыты устьица, и растения до- вольствуются при фотосинтезе тем углекислым газом, который проникает в их тело за ночь или выделяется в клетках в процессе дыхания. Скудная почвенная влага, поглощаемая корнями, надол- го сохраняется в этих растениях, обеспечивая их жизнедеятель- ность.

5. В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мок- риц. Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружаю- щей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и су- хость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки,

* ^ в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы раститель- ными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы заты-

• кает отверстие своими передними сегментами, несущими непро-  ' ницаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от вы-

сыхания свое потомство.

в.  У суслика в состоянии активности частота сокращений сердца

1 около 300 ударов в минуту, а во время спячки — всего 3. Темпера- тура тела понижается до +5 °С. Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, животные во время спячки сильно теряют в весе и могут погибнуть от истощения, если не накопят к зиме достаточ- но жира.     ^

29

• Вопросы. 1. Приведите примеры: 1) избегания организмами неблагоприят- ных условий и 2) перехода в состояние скрытой жизни. 2. У верблюдов после летней стрижки расход воды на испарение увеличился на 50%. Почему это про- изошло9 В какое время года вы рекомендуете стричь животных? 3. Почему ме- дицинские инструменты стерилизуют не путем промораживания, а кипячением или нагреванием в автоклавах при высоком давлении? 4. Маки и тюльпаны — влаголюбивые растения. Почему они могут расти в жарких пустынях? 5. Колиб- ри, крохотные птицы Западного полушария, отыскивают пищу с помощью зре- ния. Они питаются нектаром цветов и мелкими насекомыми. За день они съеда- ют корма вдвое больше, чем весят сами. Колибри очень активны, частота взма- хов крыльев у разных видов от 20 до 100 в секунду, частота сокращения сердца — до 1000 ударов в минуту. С наступлением сумерек колибри садятся на ветки и впадают в оцепенение. Температура их тела падает до +17—18 °С. Объясните, в чем выгоды такого приспособления.

QI Тем ы ДЛЯ дискуссий. 1. Реален ли с биологической точки зрения полный анабиоз у человека? 2. Почему до сих пор, несмотря на отсутствие реальных подтверждений, ученые не отказались от мысли обнаружить жизнь на Марсе? 3. Что, по-вашему, выгоднее — строить вдвое больше зернохранилищ с эффективным ре- жимом хранения зерна или стремиться получить вдвое больший урожай? 4. Извест- но, что у многих рыб температура тела постоянна. Значит ли это, что их можно отне- сти к теплокровным животным? 5. У лошадей, коров, овец и других домашних жи- вотных постоянная температура тела и при хороших, и при плохих кормах. Значит ли это, что регуляция температуры у них не зависит от корма?

 

ВСПОМНИТЕ               g 4.  Основные среды жизни

Фотосинтез

т т                                                                             Условия  обитания  различных  видов  удиви-

Ночва                                                                          *             г\

тельно  разнообразны.  Одни  из  них,  напри-

 

 

Плотность воды определяет ее значительную выталкивающую силу. Это значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется

Ночвенныи   гумус

м е  р  некоторые  мелкие  клещики или  насеко-

возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на

Структура  почвы               мые, всю жизнь проводят внутри листа расте-

Микроорганизмы                 ния,  который  для  них  —  целый  мир,  другие

осваивают огромные и разнообразные про- странства, как, например, северные олени, киты в океане, перелет- ные птицы.

В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. На нашей планете можно выделить несколько основных сред жизни, сильно раз- личающихся по условиям существования: водную, наземно-воздушную, почвенную. Средой обитания служат также сами организмы, в которых живут другие.

Водная среда жизни. Все водные обитатели, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности определяются прежде всего физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью рас- творять соли и газы.

30

дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быст- рому активному плаванию, как бы парят в воде, находясь в ней во взве- шенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей по- лучила название планктон. В состав планктона входят микроскопиче- ские водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб, медузы и многие другие виды (рис. 16). Планктонные организмы переносятся течениями не в силах противостоять им. Наличие в воде планктона делает возмож- ным фильтрационный тип питания, т. е. отцеживание, при помощи разных приспособлений, взвешенных в воде мелких организмов и пищевых частиц. Оно развито и у плавающих, и у сидячих донных жи- вотных, таких, как морские лилии, мидии, устрицы и другие. Сидячий образ жизни был бы невозможен у водных обитателей, если бы не было планктона, а он, в свою очередь, возможен только в среде с достаточной плотностью.   *>*,

31

Наземно-воздушная среда жизни. Эта среда отличается другим набором особенностей. Она в целом более сложна и разнообразна, чем водная. В ней много кислорода, много света, более резкие изменения температуры во времени и в пространстве, значительно слабее перепады давления и часто возникает дефицит влаги. Хотя многие виды могут ле- тать, а мелкие насекомые, пауки, микроорганизмы, семена и споры рас- тений переносятся воздушными течениями, питание и размножение организмов происходит на поверхности земли или растений. В такой малоплотной среде, как воздух, организмам необходима опора. Поэтому у наземных растений развиты механические ткани, а у наземных жи- вотных сильнее, чем у водных, выражен внутренний или наружный ске- лет. Низкая плотность воздуха облегчает передвижение в нем. Актив-

 

 

Плотность воды затрудняет активное передвижение в ней, поэтому быстро плавающие животные, такие, как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела (рис. 17). В связи с высокой плотностью воды давление с глубиной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в ты- сячи раз выше чем на поверхности суши.

Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому расти- тельные организмы могут существовать только в верхних горизонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100—200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоко- водные животные обитают в полном мраке.

Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимостью приспосаб- ливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горя- чих источниках температура воды может приближаться к точке кипе- ния.

Одна из сложностей жизни водных обитателей — ограниченное ко- личество кислорода. Его растворимость не очень велика и к тому же сильно уменьшается при загрязнении или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы — массовая гибель обитателей из-за не- хватки кислорода, которая наступает по разным причинам.

Солевой состав среды также очень важен для водных организмов. Морские виды не могут жить в пресных водах, а пресноводные — в мо- рях из-за нарушения работы клеток.

32

ный и пассивный полет освоили около двух тре- тей обитателей суши. Большинство из них — на- секомые и птицы.

Воздух — плохой проводник тепла. Этим об- легчается возможность сохранения тепла, выра- батываемого внутри организмов, и поддержание постоянной температуры у теплокровных живот- ных. Само развитие теплокровности стало воз- можным в наземной среде. Предки современных водных млекопитающих — китов, дельфинов, моржей, тюленей — когда-то жили на суше.

У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У рас-

крупный зоолог,                     тений это мощная корневая система (рис.  18), во-

эколог, академик,                                                   „      «

основоположник широких донепроницаемыи слои на поверхности листьев исследований мира              и стеблей, способность к регуляции испарения почвенных животных                           воды через устьица. У животных это также раз-

личные особенности  строения тела  и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответст- вующее поведение.  Они могут,  например, совершать миграции к водо- поям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, напри- мер,  тушканчики или всем известная платяная моль.  В этом случае вода, необходимая организму, возникает за счет  окисления составных частей пищи.

В жизни наземных организмов большую роль играют и многие дру- гие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземно- воздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Зем- ли, где они живут, и переносить изменчивость погодных условий.

Почва как среда жизни. Почва представляет собой тонкий слой поверхности суши, переработанный деятельностью  живых существ. Твердые частицы пронизаны в почве порами и полостями, заполненны- ми частично водой, а частично воздухом, поэтому почву способны насе- лять и мелкие водные организмы. Объем мелких полостей в почве — очень важная ее характеристика. В рыхлых почвах он может составлять до 70%, а в плотной — около 20% (рис.  19). В этих порах и полостях или на поверхности твердых частиц обитает огромное множество микроско- пических существ: бактерий, грибов, простейших, круглых червей, чле- нистоногих (рис. 20—22). Более  крупные животные прокладывают в почве ходы сами. Вся почва пронизана корнями растений. Глубина поч-

34

Рис. 20.                                                 Рис.  22.

Мелкие членистоногие, обитающие                   Микроскопический почвенный гриб в почве А — коллемболы, Б — различные                                                                                  пеницилл

клещи

вы определяется глубиной проникновения корней и деятельностью рою- Щих животных. Она составляет не более 1,5—2 м.

Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а состав его обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Этим условия жизни в почве напоминают водную среду. С другой стороны,

35

соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимо- сти от погодных условий. Температурные колебания очень резки у по- верхности, но быстро сглаживаются с глубиной.

Главная особенность почвенной среды — постоянное поступление органического вещества в основном за счет отмирающих корней рас- тений и опадающей листвы. Это ценный источник энергии для бакте- рий, грибов и многих животных, поэтому почва — самая насыщенная жизнью среда. Ее скрытый от глаз мир очень богат и разнообразен.

Живые организмы как среда жизни. Паразитизм — широко распространенное в природе явление. Нет ни одного вида многоклеточ- ных животных или растений, которые не имели бы своих паразитов. Они обнаруживаются даже у бактерий. Паразиты могут населять полости те- ла хозяина, проникать в ткани или внутрь отдельных клеток. Сложный организм хозяина для них — целый мир. Кроме паразитов, виды-хозяе- ва могут иметь полезных сожителей. Например, жвачные животные не смогли бы переваривать пищу без разнообразных бактерий и инфузо- рий, населяющих их желудок (рис. 23). Пищеварение человека также осуществляется с помощью полезной микрофлоры.

Паразиты и другие обитатели органов и тканей хозяев живут в усло- виях практически неограниченного запаса пищи (рис. 24). Организм хо- зяина служит им также защитой от внешних воздействий. Им не грозит высыхание, а колебания температуры или смягчены, или (в телах теп- локровных) почти отсутствуют. Основные экологические трудности в жизненном цикле паразитов — их перенос от одного хозяина к другому, поэтому на той стадии, когда они попадают во внешнюю среду, у них развиваются сложные защитные оболочки. Например, яйца аскарид за- щищены толстыми многослойными покровами. В период смены хозяев основная масса паразитов погибает. Высокая плодовитость, которая

 

Рис. 24.

Цикл развития широкого лентеца   1 — взрослый червь в рыбоядных млекопитающих,

2, 3 — яйца, 4 — свободная личинка, 5, 6, 7 — формы, паразитирующие в промежуточных хозяевах, а, б, % в — промежуточные хозяева, г, д, е — основные хозяева

 

обеспечивается обилием пищи, компенсирует эту гибель. Поэтому гово- рят, что для паразитов характерен закон большого числа яиц.

Паразиты должны также преодолевать защитные реакции организ- ма хозяина. Поэтому чаще всего они поражают ослабленных особей. На- пример, жуки-короеды, которые с экологической точки зрения являют- ся паразитами деревьев, заселяют стволы хвойных лишь в том случае, если дерево не в состоянии защищаться от них выделением смолы.

 

37

• Основные среды    •  Освоение разных сред жизни требует жизни.           различных экологических приспособле-

Планктон.                      ний.  Виды,  населяющие  одну  и  ту  же

Заморы.                         среду,  должны реагировать и  на  общий

Паразитизм.                  комплекс условий, и на частные осо- Закон большого бенности местообитаний. По  внешнему числа яиц. строению организмов  всегда можно определить, какую среду они населяют

и  какой образ  жизни ведут.

 

 

• Примеры и дополнительная информация

1. В водной среде условия жизни ее обитателей сильно различаются в разных частях водоема. В глубине океанов царит вечный мрак. Здесь огромное давление. В глубоких впадинах оно в тысячу раз больше, чем на поверхности Земли. У дна постоянная низкая тем- пература около -2 °С, низкое содержание кислорода. Живут здесь только микроорганизмы и некоторые животные. В верхних слоях морей и океанов вода пронизана светом, аэрирована, температура ее меняется в течение года, в ней обитают водоросли и идет фото- синтез.

2. Пустынные животные обладают удивительными приспособления- ми для экономии влаги. Например, у жуков-чернотелок обнару- жен замкнутый цикл в использовании воды. Подлежащие выделе- нию продукты обмена веществ поступают из выделительных орга- нов в кишечник в виде растворов, но в задней части кишки вода отсасывается вновь и используется для нового цикла. Дышат насе- комые через трахеи, и в сухом воздухе это грозит большой потерей влаги. У жуков-чернотелок надкрылья срослись в прочную непро- ницаемую для воды «крышу» над телом, полость под которой на- сыщена водяными парами. Сюда и открываются дыхальца, поэто- му иссушение через трахеи жукам не грозит.

3. Разная плотность водной и воздушной среды определяет предель- ные скорости передвижения животных. Дельфины плавают со ско- ростью 45 км/ч, а самые быстроходные среди рыб — тунец и меч- рыба — 75 и 90 км/ч. В воздухе же сокол-сапсан в пикирующем полете разгоняется до 290 км/ч, а стрижи летают с обычной скоро- стью 180 км/ч. Рекордсмен в беге по земле — гепард, его скорость достигает 120 км/ч. Для сравнения: человек в воде плывет со сред- ней скоростью 7 км/ч, а в беге достигает скорости 36 км/ч.

 

38

4. Заморы — это массовая гибель водных обитателей от удушья, ко- гда по каким-либо причинам сильно снижается аэрация воды. Лет- ние заморы могут быть в прудах, озерах и даже морях из-за нагре- вания воды, при котором падает растворимость кислорода. Гибнут в первую очередь рыбы, моллюски и планктонные организмы. Лет- ние заморы часто бывают в Азовском и Балтийском морях. Зимние заморы возникают даже в реках из-за ледового покрова, который мешает проникновению кислорода из воздуха в воду. Обширные заморные явления каждую зиму возникают на реке Оби, в которую стекают бедные кислородом болотные воды.

5. Паразиты, использующие хозяина и в качестве местообитания, и в качестве источника пищи, сами могут служить хозяевами для других паразитов. Например, наездник апантелес, поражающий гусениц известного вредителя капусты — капустной белянки, сам, в свою очередь, страдает примерно от 20 видов паразитов. Посколь- ку апантелесов пытаются разводить для борьбы с гусеницами, деятельность их паразитов сильно снижает эффективность та- ких мер. Иногда на вторичных паразитах поселяются третичные, а в некоторых случаях доходит и до паразитизма в четвертой ста- дии. Так, в кишечнике головастиков и лягушек паразитируют рес- ничные простейшие — опалины, на них поселяются амебы, кото- рые, в свою очередь, поражаются микроскопическими грибками.

• Вопросы. 1. Какие экологические факторы особенно важны в водной и какие — в наземно-воздушной среде жизни? 2. У некоторых водных позвоночных живот- ных, например у акул, скелет состоит не из костей, а из эластичного хряща. Наземных позвоночных с хрящевым скелетом нет, у них скелеты только костные. Как это объяснить с экологической точки зрения? 3. Многие паразиты имеют упрощенное строение тела по сравнению со свободноживущими родственными видами. Например, у свиного и бычьего цепней отсутствует кишечник, очень сла- бо развиты нервная система и органы чувств. Как вы думаете, почему? 4. Одно из экологических бедствий — кислотные дожди. Они образуются, когда в каплях дождя растворяются промышленные газы, в основном сернистый, в результате чего выпадают практически растворы серной кислоты. Как это может повлиять на жизнь в почве? 5. Что общего в приспособлениях к среде у таких разных на- земных^ животных, как белый медведь и верблюд? 6. Мелкие планктонные жи- вотные имеют очень разнообразные и причудливые формы. Рассмотрите рисунок 16 и решите, что же все-таки общего во внешнем строении этих видов в связи с их образом жизни в воде.

 

О Тем ы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1. Влияет ли погода на обитателей водоемов? 2. Во многих районах с интенсивным земледелием в почвах исчезли черви из-за по- стоянного внесения ядохимикатов. Как вы думаете, отразится ли это на почвен- ном плодородии, если в землю регулярно вносят высокие дозы минеральных удобрений? 3. В научной фантаст<