Специфика адаптаций и экологические группы гидробионтов.

Разнообразие условий водной среды определило многочисленность адаптаций гидробионтов. Вместе с тем, водные организмы в целом обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как водная среда более стабильна и ее параметры испытывают сравнительно незначительные колебания. Наиболее чувствительны к их изменениям и, следовательно наименее пластичны морские растения и животные. Пресноводные гидробионты гораздо пластичнее морских, поскольку условия пресных водоемов более изменчивы. Максимальной пластичностью отличаются солоновато-водные обитатели, адаптированные к значительным колебаниям солености. В каждом отдельном водоеме наиболее пластичны прибрежные растения и животные и обитатели поверхностных слоев.

По характеру адаптаций гидробионтов разделяют на следующие экологические группы:

- нектон – это совокупность активно передвигающихся животных, не связанных с дном (рыбы, киты, земноводные и другие). Отличаются хорошо развитыми органами движения, обтекаемой формой тела и покровами, обильно смазывающимися слизью;

- планктон – совокупность организмов, не способных к активному передвижению. Они могут располагаться на поверхности воды, быть частично или полностью погруженными в воду. Планктонные организмы есть среди бактерий (бактериопланктон), растений (фитопланктон) и животных(зоопланктон). Фитопланктонные организмы являются основными продуцентами органического вещества, другие - его потребителями, производя грандиозную работу по очистке воды от взвешенных в ней частиц. По размерам выделяют наннопланктон (карликовые формы), микро-, мезо-, макро- и мегапланктон;

- бентос – совокупность организмов, обитающих на или в грунте водоемов. Они также подразделяются на фито- и зообентос. По образу жизни делятся на подвижные, малоподвижные и неподвижные формы. По способу питания на фотосинтетиков, фитофагов, зоофагов и детритофагов, а по размерам – на микро -, мезо- и макробентос.

В водной среде в значительном количестве обитают и высшие растения, среди которых выделяют:

- гигрогелофиты – обитатели прибрежных отмелей глубиной 20-40 см

- гелофиты – прибрежно-водные обитатели, занимающие прибрежные мелководья глубиной до 2 м.;

- гидро- или гидатофиты – погруженные плавающие и укореняющиеся, иногда с плавающими листьями, которые располагаются от берега вглубь четко выраженными поясами: полупогруженные, погруженные с плавающими листьями и полностью погруженные.

Особую группу представляют земноводные растения, которые могут пройти весь жизненный цикл как по типу истинно-водного, так и наземного растения. Каждая из этих групп характеризуется определенными адаптациями важнейшими из которых являются:

- слабое развитие механической и сильное развитие воздухоносной тканей;

- слабое развитие корневой системы;

- развитие большой поверхности при малом объеме растения (сильное ветвление, рассечение листа);

- развитие разнолистности, при которой погруженные листья обеспечивают минеральное питание, а плавающие – органическое;

- защита от вымывания солей слизью;

- преобладание вегетативного размножения.

 

Почва как среда жизни.

4.2.1. Почвы, их состав и свойства.

4.2.2. Почва как среда обитания.

 

Почвы, их состав и свойства

Почва по определению В.В.Докучаева это наружный слой горных пород измененный под влиянием воды, воздуха и различных организмов

Любую почву можно рассматривать как гетерогенную, многофазную систему, состоящую из твердой (минеральные и органические компоненты), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз. Твердая часть почвы включает минеральные и органические вещества. Минеральные вещества по дисперсности делят на две группы:

- с диаметром частиц более 0,001 мм (обломки пород, минералов и минеральные новообразования);

- с диаметром частиц менее 0,001 мм (частицы выветривания глинистых минералов).

В состав минеральной части почвы входят кремний, алюминий, железо, калий, натрий, магний, кальций, фосфор, сера и другие элементы, которые в основном находятся в виде оксидов или солей угольной, серной, фосфорной, соляной и других кислот.

Органический компонент почв представлен гумусовыми веществами, образующимися в результате превращений органических остатков, поступающих в почву после отмирания растений и животных. Биологическая составляющая представлена зелеными растениями, микроорганизмами и животными. В формировании плодородия важная роль принадлежит почвенным микроорганизмам. Гумусовые вещества содержат водород, углерод, кислород, серу, азот и фосфор. Многие из них растворены в почвенной влаге, заполняющей часть пор, а в остальной части пор находится воздух, который в верхних слоях в основном состоит из азота(78-86 %), кислорода (11-21 %) и углекислого газа (0,3-8,0 %).

В настоящее время почва рассматривается как саморазвивающаяся система, обеспечивающая круговорот веществ в природе.

 

Почва как среда обитания

 

Почва (эдафический фактор) является второй жизненной средой нашей планеты, которая сформировалась в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием гидросферы, атмосферы живых и мертвых организмов. Сейчас она выполняет ряд глобальных функций:

- она является средой обитания множества живых организмов, выполняя

тем самым своеобразную информационную и санитарную роль;

- она является своеобразным регулятором взаимодействия геологического и биологического круговоротов веществ в биосфере, поскольку обеспечивает взаимодействие растений, микроорганизмов и животных;

- благодаря «плодородию» она обеспечивает существование человечества и его социальную эволюциию.

Как среда обитания, почва представляет сложную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Это, по мнению М.С.Гилярова, дает основание предполагать, что она явилась той средой, через которую первоначально водные обитатели смогли перейти к наземному образу жизни. Твердую часть образуют в основном минеральные компоненты (размеры частиц до 3мм), соотношение которых определяет механический состав, структуру, пористость, воздухо- и водопроницаемость, а также воздушный, водный и температурный режим. Помимо неживых компонентов в почве располагаются корни наземных растений, обитает много крупных и «мириады» мелких и мельчайших животных. В круговороте веществ в почве растения выполняют роль продуцентов, образующих органическое вещество. Животные производят механическое и биохимическое разрушение его (фитофаги, хищники, сапрофаги, копрофаги). Микроорганизмы синтезируют и разлагают почвенный гумус. Всю совокупность живущих в почве организмов называют эдафоном. По этой причине В.И.Вернадский отнес почву к особым биокосным телам природы, тем самым подчеркивая насыщенность ее жизнью и неразрывную связь ее неорганических компонентов с живыми.

Вместе с тем, почва далеко не однородна, что резче всего проявляется в ее вертикальном расчленении на горизонты (А, В, С) и более дробные слои. Многообразие материнских пород и разнообразие условий привели к формированию более 100 генетических типов почв, из которых на территории России важнейшими являются черноземы, каштановые, подзолистые, серые лесные, пойменные, каждый из которых отличается структурой, содержанием гумуса, температурным режимом, влажностью и рядом других показателей. Отмеченная неоднородность почвы приводит к тому, что для различных организмов она выступает, как разная среда. По степени связи со средой почвенные организмы объединяют в следующие экологические группы:

- геобионты, постоянно обитающие в почве;

- геофилы, у которых лишь часть цикла развития протекает в почве;

- геоксены, которые иногда укрываются в почве.

С учетом роли животных в почвообразовательных процессах и их размеров, обитателей почвы делят на:

-микрофауну - основное звено детритной цепи питания (2-5 - 10-15 мкм);

-мезофауну - членистоногие и почвенные нематоды (до 2-3 мм);

- макрофауна и мегафауну - крупные виды.

Помимо постоянных обитателей почвы иногда выделяют особые группы обитателей нор, псаммофилов (населяют сыпучие пески), галофилов(обитателей засоленных почв) и некоторые другие.

Растения по отношению к почве делят на:

- эутрофы - заселяют плодородные почвы;

- олиготрофы - обитатели малоплодородных почв;

- мезотрофы - растения с промежуточными признаками.

Ряд групп выделяют по отношению к содержанию некоторых элементов (нитрофиты, кальцефиты и т.д.), ионов (ацидофилы, базифилы, нитрофилы) или грунтов (петрофиты, псамофиты, галофиты).

 

4.3. Наземно - воздушная среда.

4.3.1. Общая характеристика наземно-воздушной среды.

4.3.2. Солнечное излучение и его роль и в жизни наземных организмов.

4.3.3. Влияние температуры на живые организмы и специфика теплообмена растений и животных.

4.3.4. Роль влажности в жизни наземных организмов и адаптации наземных растений и животных к водному режиму

4.3.5. Совместное действие температуры и влажности

4.3 .1. Общая характеристика наземно-воздушной среды

В процессе эволюции биосферы наземно-воздушная среда была освоена живыми организмами значительно познее водной. Это обусловлено тем, что выход на сушу потребовал значительной перестройки организации растений и животных, приспособление их в жизни в газообразной среде с низкой плотностью,с высоким содержанием О2, высокой интенсивностью освещения, занчительными колебаниями температуры и влажности в зависимости от географического положения, сезона и времени суток.

Низкая плотность и, как следствие, незначительное подъемная сила вздуха, потребовали развитие механических тканей у растений и твердого (реже гидростатического) скелета у животных. Малая подъемная сила воздуха привела к тому,что по размерам и массе наземные организмы уступают водны. В то же время малая плотность воздуха и низкая сопротивляемость позволила почти 75% всех наземных животных приспособиться к активному полету или пассивному перемещению подвижных воздушных массах. Ветер является и своебразным формообразующим фактором - придает флагообразную форму деревьям, элиминирует плохих летунов.

Сейчас важнейшие экологические особенности нашей планеты определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки атмосферы. Считается, что она формировалась с 4 этапа из газов, выделенных при формировании планеты, под влиянием солнечного излучения, химических реакций между ее компанентам и пародами, деятельностью живых организмов. В настоящее время атмосфера имеет слоистую сферическую структуру, которая в основном определяется особенностью вертикального распредения температур (термическая структура).Обычно в ней выделяют следующие слои:

- тропосферу(tropos - поворот), простирающиеся до высоты 7-18 км и включающую около 80% всей массы воздуха. Здесь наблюдается перепад температур от +70 до - ;

- стратосферу (stratos- слой), которая простирается до 50-55 км и отличается повышением температуры у верней границы до + ;

- мезосферу, которая простирается до 80 км. с температурой от плюс +10 до - ; здесь образуются серебристые облака:

- ионосферу, простирающуюеся до 800 - 1300 км. Отличается высокой ионизацией газов, резкими колебаниями магнитного поля (бури) и полярным сиянием, температура изменяется от - ;

- экзосферу – сферу утечки Н2 и Не, образующих вокруг земли корону до 10-20 тыс.км. Каждая из них отличается определенным сочетанием физических и химических факторов, среди которых наиболее значимы солнечное излучение, температура, влажность и химический состав. Наиболее ярко их комплексное воздействие проявляется в тропосфере.

 

4.3.2. Солнечное излучение и его роль в жизни наземных организмов.

 

Солнечное излучение поступает на Землю в виде элементарных частиц разной длины волны, сумманая энергия которого составляет 2 кал/ .мин (солнечная постоянная). Из общего количества 42% радиации отражается в космическое пространство, 15% поглощается атмосферой и лишь 43% достигает земной поверхности (в т.ч. 27% прямая и 16% рассеянная). Наибольшее значение имеют:

-электромагнитны волны (волны Герца), влияющие на ориентированные способности насекомых, червей, птиц;

-лучи Рентгена, в больших дозах нарушающие функции важнейших систем жизнеобеспечения, а в малых вызывают мутации в генофонде;

-ультрафиолетовые лучи, способствуют образованию защитных пигментов в коже и провитамина Д, обладают бактерицидным действием;

-инфракрасные лучи, влияющие на ход окислительных процессов и двигательные реакции;

-видимые лучи (около 50% всего спектра). Наибольшее значение они имеют для растений, поскольку влияют на образование хлорофилла, обеспечивают фотосинтез, синтез белков и нуклеиновых кислот, влияют на ростовые процессы, оказывают формообразующее воздействие, определяют сроки цветения, плодоношения и других фенологических явлений. Однако разные части видимого спектра влияют неодинакого. Так, растения, поглощающие красные и оранжевые лучи, располагаются обычно на открытых участках, а в лесу занимают верхние ярусы; улавливающие зеленые и желтые лучи – занимают низшие ярусы (в тени).

Разная продолжительность освещенности в различных природных зонах определила формирование длиннодневных видов (обитателей высоких и умеренных широт) и короткодневных (обитателей низких широт). Ряд адаптаций выработался и по отношению к световому режиму. По их совокупности выделяют растения:

- светолюбивые (гелиофиты), населяющие открытые места. Отличаются приземистостью, сильным ветвлением, розеточностью, листья фотосинтетической способностью;

- тенелюбивые (сциофиты)- антиподы первых;

- теневыносливые, с промежуточными признаками (это большинство растений наших лесов).

Для животных свет имеет меньшее, главным образом, информационное значение (облегчает поиск пищи, половых партнеров, обеспечивает избегание врагов, ориентацию в пространстве). Однако полнота зрительного восприятия у них неодинакова, а зависит от эволюционного уровня группы и образа жизни конкретных видов. В процессе эволюции различные животные приспосабливались к освещению определенной длительности (длинно- и короткодневные), в условиях слабой (ночные, сумеречные – фотофобы) или сильной освещенности (дневные – фотофилы). Отношение к освещенности влияет и на распространение животных. Так в высоких и умеренных широтах очнь мало ночных видов, а в тропиках количество дневных и ночных видов примерно одинаково. В то же время, ночные животные в условиях длинного дня менее плодовиты. Суточные и сезонные смены освещенности и общего количества света (фотопериодизм) определяют так же чередование периодов покоя и активности животных и ряд связанных с ними циклических биологических явлений (размножения, линьки, миграций). Световой режим здесь выступает в роли сигнального фактора, своеобразного механизма, включающего ряд физиологических процессов и внутренние биологические часы.