Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды

Экологические факторы среды могут выступать как:

· раздражители (вызывают приспособительные изменения физиологических и биохимических функций);

· ограничители (обусловливают невозможность существования в данных условиях);

· модификаторы (вызывают анатомические и морфологические изменения организмов);

· сигналы (свидетельствуют об изменениях других факторов среды).

В процессе приспособления к неблагоприятным условиям среды организмы смогли выработать три основных пути их избегания.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющие осуществлять все жизненные функции организмов, несмотря на неблагоприятные факторы. Теплокровные животные — птицы и млекопитающие, обитая в условиях изменчивой температуры, поддерживают внутри себя постоянную температуру.

Пассивный путь связан с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. При недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности и понижению уровня метаболизма, что способствует экономному использованию энергетических запасов.

При резком ухудшении условий среды организмы могут приостановить свою жизнедеятельность и перейти в состояние скрытой жизни. Например, некоторые мелкие организмы могут полностью высыхать на воздухе, а затем возвращаться к активной жизни после пребывания в воде. Это состояние мнимой смерти называется анабиозом. Переход в состояние глубокого анабиоза расширяет возможности выживания организмов в самых экстремальных условиях. Известно, что высушенные семена и споры растений, а также некоторые мелкие животные (коловратки, нематоды) способны выдержать ниже - 200 °С.

Скрытая жизнь - это оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких существ — в пересыхающих водоемах. Некоторые бактерии, в том числе и болезнетворные, многие годы могут находиться в неактивном состоянии, пока не возникнут благоприятные условия для их «пробуждения» и последующего размножения.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых животных, растений, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой.

Избегание неблагоприятных воздействий - это выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года. Обычный для животных путь приспособления к неблагоприятным периодам — миграция. Сайгаки ежегодно уходят на зиму в малоснежные южные полупустыни, где зимние травы в связи с сухостью климата более питательны и доступны. Однако летом травостои полупустынь быстро выгорают, поэтому на период размножения сайгаки переходят в более влажные северные степи.

Наиболее часто приспособление вида к среде осуществляется определенным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.

Морфологические адаптации - это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях. Например, выработанное в процессе длительной эволюции строение организмов, обитающих в воде. Это приспособления к скоростному плаванию у китообразных, к парению в воде у планктонных организмов. Растения, обитающие в пустыне, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги.

Морфологический тип приспособления животного или растения, при котором они имеют внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида. При этом разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни. Примерами здесь могут служить кит (млекопитающее), пингвин (птица) и акула (рыба).

Физиологические адаптации проявляются, например, в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Верблюд способен обеспечивать потребности во влаге путем биохимического окисления собственного жира.

Поведенческие адаптации проявляются в формах приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, особенно в условиях экстремальных (очень высоких или очень низких) температур. Известны суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц. Приспособительное поведение проявляться у хищников в процессе выслеживания и преследования добычи, а у жертв — в определенных ответных реакциях (например, затаивание). Некоторые насекомые отпугивают хищников и паразитов резкими движениями.

Биотические факторы

Взаимодействия, обусловленные плотностью организмов (количество особей на данной поверхности или в данном объеме) – конкуренция и кооперация - влияют на конкуренцию из-за источников энергии и вещества, и у животных влияют на психофизиологическое и социальное поведение.

Конкуренция

Конкуренция – соперничество, одна из форм взаимоотношений популяций или отдельных особей сообщества, при которой партнеры активно подавляют друг друга. Различают несколько разновидностей конкуренции.

При межвидовой, естественный отбор направлен на увеличение экологических различий между видами и образование ими разных экологических ниш. Межвидовая конкуренция приводит к вытеснению одних популяций другими, смене экологической ниши. При внутривидовой происходит борьба особей одной популяции за сохранение собственной жизни и жизни своего потомства.

а) Пространственные отношения между конкурентами.

· Рост – плотность. Чем выше плотность, тем меньше продукция сухого вещества в расчете на одно растение и меньше рост (рассада, злаки на лугу).

· Конкуренция влияет на плодовитость. Чем больше плотность, тем меньше плодовитость у животных и меньше продукция цветков и семян у растений.

· Рост плотности популяции повышает уровень смертности за счет увеличения конкуренции. У некоторых животных важный фактор в увеличении смертности при увеличении плотности — каннибализм.

б) Роль морфологических и биологических свойств организмов для конкуренции

Сосудистые растения. Наиболее важные при конкуренции морфологические и биологические характеристики:

· скорость роста: виды с большей скоростью роста имеют преимущество по сравнению с более медленно растущими видами;

· способ использования пространства: виды, быстро распространятся вширь (корневища) имеют преимущество в захвате пространства;

· сезонная периодичность: несовпадение периодов активности видов ослабляет конкуренцию. Весенние лесные травы - пролеска, чистяк, ветреница - впадают в состояние покоя в тот период, когда осенние злаки и губоцветные, находятся в состоянии активного роста. Поэтому между ними не возникает конкуренции;

· продолжительность жизни;

· количество семян, производимое растением;

· способность к регенерации после срезания, потравы или пожара. В благоприятном положении оказываются виды, у которых быстрее возобновляется рост.

Животные. Если два вида нуждаются в разной пище или же их активность падает на разные часы или на разные сезоны, то конкуренции между ними не возникает; но конкуренция тем больше, чем более совпадают характер питания и периоды активности.

Прибрежные птицы, питающиеся разной пищей, например бакланы, одни из которых предпочитают рыб, плавающих у поверхности, а другие — донных животных, плоских рыб и креветок могут совместно проживать.

Подвижные животные имеют преимущество в поисках пищи, могут избегать конкуренции, эмигрируя или же деля зоны охоты и зоны передвижения. У млекопитающих существуют запретные территории (метят территории) и есть свободное «жизненное пространство» используемое в поисках пищи.

Массовые миграции у некоторых видов вызываются психическим состоянием, связанным с увеличением плотности или с нарушениями питания (лемминги, мелкие грызуны тундры, виды саранчовых из аридных зон).

Биологические и биогеографические последствия конкуренции:

1. Влияние на ареал.

2. Влияние на локализацию по стациям.

3. Влияние на эволюцию сообществ.

Конкуренция - важнейший двигатель эволюции сообществ. Вид, вытеснивший другие виды, может оказаться вытесненным в свою очередь, пока не установится ансамбль видов, гармонично поделивших пространство, источники энергии, воду и питательные вещества.

Кооперация

Если конкуренция при повышении плотности индивидуумов всегда приводит к неблагоприятному результату, то под влиянием других разнообразных факторов их сближение может оказаться полезным или даже необходимым.

Кооперация – совокупность взаимоотношений между двумя видами, из которых оба получают пользу. Муравьи живут в симбиозе с гусеницами, равнокрылыми и растениями, получают от них питание и защищают растения от фитофагов, а гусениц - от хищников (ос). Деревья в массивах сохраняются и возобновляются лучше, чем отдельные деревья.

Мелкие животные, мыши и пчелы, лучше выживают при низких температурах, образуя тесные группы, поддерживая необходимую температуру. Это «эффектом массы».

Защита от врагов лучше в условиях сообщества. Живущие стаями хищники — волки, койоты — могут убивать крупных животных, с которыми в одиночку не справятся.

Образование групп играет благоприятную роль для воспроизведения потомства - «групповой эффект. Опыты на популяциях плодовой мушки дрозофилы показали, что наибольшая откладка яиц самкой выше там, где больше плотность пар мушек в сосуде.

Кооперация важна в сообществах специализированных насекомых (пчел, ос, муравьев, термитов), где социальные взаимоотношения достигают высокого уровня сложности. Это необходимо для поддержания колоний, коллективной постройки жилища, переноса материалов, удаления отходов, вентиляции, ухода за потомством.