Значение физических и химических факторов среды в жизни организмов

Температура — важнейший из ограничивающих (лимити­рующих) факторов. Пределами толерантности для любого ви­да являются м аксимальная и минимальная летальные тем­пературы, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод (рис.3.3).

На рис. 3.3 показаны температурные пределы жизни видо­вой группы, популяции. В «оптимальном интервале» организ­мы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и чис­ленность популяции растет. К крайним участкам температур­ного предела жизни — ор­ганизмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похолодании в пределах «нижней границы стойкости» или увеличе­нии жары в пределах «верхней границы стойкости», организмы попадают в «зону смерти» и погибают.

Рис. 3.3. Общий закон биологической стойкости

Этим примером иллюстрируется общий закон биологи­ческой стойкости (по Ламотту), применимый к любому из лимитирующих факторов. Величина «оптимального ин­тервала» характеризует «величину» стойкости организмов, т. е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологиче­скую валентность».

Известны морфологические приспособления растений к температурам, так называемые жизненные формы рас­тений. эпифиты — растут на других рас­тениях и не имеют корней в почве; криптофиты, или геофиты, теряют всю видимую растительную массу и пря­чут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скры­тых в почве; терофиты — однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь их семена или споры.

Морфологические адаптации к климатическим условиям жизни и, прежде всего, к температурным наблюдаются также у животных. Жизненные формы животных одного вида, на­пример, могут сформироваться под воздействием низких тем­ператур, от -20 до -40 ⁰С, при которых они вынуждены накап­ливать питательные вещества и увеличивать массу тела: из всех тигров самый крупный амурский тигр, живущий в наиболее северных и суровых условиях. Эта закономерность именуется правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела осо­бей в среднем больше у популяций, живущих в более холод­ных частях ареала распространения вида.

Но в жизни животных гораздо большее значение имеют физиологические адаптации, простейшей из которых является акклиматизация — физиологическое приспособление к пе­ренесению жары или холода.

Таким образом, температура, являясь важнейшим лими­тирующим фактором, оказывает существенное влияние на адаптационные процессы в организмах и популяциях наземно-воздушной среды.

Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обес­печивая создание органических соединений из неорганических растительностью Земли, и в этом его важнейшая энергетиче­ская функция. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью фи­зиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для фото­синтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые лучи (600—700 нм) и фиолетово-голубые (400—500 нм), наимень­шее — желто-зеленые (500—600 нм). Однако свет не только энергетический ресурс, но и важней­ший экологический фактор, весьма существенно влияющий на биоту в целом, и на адаптационные процессы и явления в орга­низмах.

За пределами видимого спектра и ФАР остаются инфра­красная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области. УФ-излучение несет много энергии и обладает фотохимическим воздейст­вием — организмы к нему очень чувствительны. ИК-излучение обладает значительно меньшей энергией, легко поглощается водой. Важное значение для организмов имеет интенсивность ос­вещения. Растения по отношению к освещенности подразделя­ются на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.

Первые две группы обладают разными диапазонами толе­рантности в пределах экологического спектра освещенности.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптащш организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длина дня — фотопериод.

Фотопериодизм как явление — это реакция организма на сезонные изменения длины дня. Иными сло­вами, фотопериод — это некий «пусковой механизм», включающий последовательность физиологических процессов в живом организме.

Вода в жизни организмов. Вода физиологически необходима любой протоплазме и с экологической точки зрения является лимитирующим факто­ром как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там ее количество подвержено резким изменениям (приливы, от­ливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой воде осмотическим путем.

Влажность воздушной среды, измеряется обычно в пока­зателях относительной влажности. Способность влажности из­менять эффекты температуры: понижение влажности ниже не­которого предела при данной температуре ведет к иссушающе­му действию воздуха. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп. У животных по отношению к воде выделяются свои эколо­гические группы: гигрофилы (влаголюбивые) и ксерофилы (су­холюбивые), а так же промежуточную группу — мезофилов. Способы регуляции водного баланса у них поведенческие, мор­фологические и физиологические.

К поведенческим способам относятся перемещение в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни, и др. К морфологическим адаптациям — приспособления, задерживающие воду в теле: раковины наземных упток, роговые покровы у рептилий и др. Физиоло­гические приспособления по­зволяющей обходиться без питьевой воды. Она широко исполь­зуется насекомыми и часто такими животными, как верблюд, овца, собака, которые могут выдержать потерю воды в количе­стве, соответственно, 27, 23 и 17%. Человек погибает уже при 10%-ной потере воды. Совместное действие температуры и влажности Температура и влажность, действуя в непрерывном един­стве, определяют «качество» климата: высокая влажность в течение года сглаживает сезонные колебания температур — это морской климат, высокая сухость воздуха приводит к рез­ким колебаниям температур — континентальный климат.

Воздушная среда имеет, малую плотность. Воздушная среда оказывает на организмы не только физическое, но и химическое воздействие, обеспечивая их дыхание и фотосинтез. Атмосферное давление оказывает весьма существенное эко­логическое воздействие живот­ных, которые из-за этого не могут жить выше 6000 м над уров­нем моря.

Химические факторы воздушной среды Химический состав атмосферы весьма однороден: азота — 78,8% кислорода — 20,89 других газов — 0,9; углекислого газа — 0,03% по объему.

В почвах и подстилающих их породах, вплоть до уровня грунтовых вод (в зоне аэрации) углекислого газа уже 10%, а кислород становится лимитирующим фактором для аэробов.

В воде кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь он является лимитирующим фактором. Источники его — диф­фузия из атмосферного воздуха и фотосинтез водных растений (водорослей), а растворению способствуют понижение темпе­ратуры, ветер и волнения воды. Лимитирующее действие СО₂ в воде не явно выражено, но известно, что высокое его содер­жание ведет к гибели рыб и других животных. При растворении СО₂, в воде образуется слабая угольная ки­слота Н₂СО₃, легко образующая карбонаты и бикарбонаты. Кар­бонаты — источник питательных веществ для построения ра­ковин и костной ткани и хороший буфер для поддержания во­дородного показателя (рН) водной среды на нейтральном уров­не.