Закон оптимума. Пессимум. Критические точки.
Экстремальные условия.
Ограничивающий фактор.
Любой фактор, влияющий на живые организмы, может стать либо
оптимальным, либо ограничивающим в зависимости от силы своего воздействия.
■ Примеры и дополнительная информация
1. Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для разных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Икра лососей может развиваться только в интервале температур от О “С до + 12 "С, 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 повышается, возникает так называемая «тепловая закалка». Так и происходит в природе, когда наступлению сильной устойчивой жары предшествуют кратковременные подъемы температур в отдельные
дни. Таким же образом аквариумных рыб можно постепенно приучить 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 относят пишу, 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 энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обладающих зрением животных — условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в
пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.
3. Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнаружено всего около 20 видов
многоклеточных животных, на глубинах в 6 км — 140, а в поверхностных слоях океанов — многие тысячи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи обнаружили 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 находится в переохлажденном состоянии. Например, ряд рыб, обитающих у берегов Антарктиды или в морях Северного Ледовитого океана, имеет
нормальную температуру тела до -1,7 “С (рис. 7). Обнаружены 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, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут переносить морозы до - 11 С, а гусеницы младших возрастов не выдерживают охлаждения ниже
-5 С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура — фактор, ограничивающий распространение вида.
6. Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Немецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше
того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все
другие условия благоприятны, но среди минеральных 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 поднимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь главный ограничитель — фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влия- ние недостаточных доз удобрений, его выводы получили название
«правило минимума». Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нарушается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехнике все элементы питания
даются растениям в строго оптимальной дозировке.
Q 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
океаническими 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 температура и
влажность, прекратилась подача воды. Ремонт должен занять два дня. Агроном распорядился ограничить подачу тепла в теплицу. Правильно ли он сделал и почему?
□ Задания. 1. Начертите график областей выживания и оптимума бабочки яблонной
плодожорки, которая является опасным вредителем садов. На горизонтальной оси отложите значения влажности воздуха в процентах, на вертикальной — температуры в градусах.
Используйте приведенные ниже показатели. Полная гибель куколок яблонной плодожорки наступает при сочетаниях: 10 "С и 100%, 4'Си 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 сочетаниях: 20 "С и 85%, 22 *С и 95%, 27 *С и 55%, 26 °С и 55%. 22 ‘С и 70%. Соедините
замкнутой кривой точки для каждого уровня выживания. Рассмотрите полученный 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— растягивается 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 развития плесневых грибков. Предложите способ, как избавиться от клещей и сохранить зерно, не прибегая к ядохимикатам.
□ Темы ДЛЯдискуссий. 1. Обсудите, почему чувство меры так ценится у всех народов мира
и входит в нормы морали. 2. В каких проявлениях сельскохозяйственной деятельности часто нарушается закон оптимума? 3. Существует русская поговорка «Кашу маслом не испортишь», которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли это закону
оптимума? 4. Применим ли закон оптимума к сильно действующим на человека ядам? 5.
Благодаря созданию искусственного микроклимата люди могут жить и работать в разных тем- пературных условиях, вплоть до антарктической зимы или космической стужи. Значит ли это, что температура не является фактором, ограничивающим деятельность человека?
ВСПОМНИТЕ § 3^ Основные пути
Строение клетки приспособления
Обмен веществ организмов К Среде
Т ерморегуляция
Многие организмы в течение жизни периодически испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить и сильную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как приспосабливаются они к таким экстремальным
ситуациям, когда нормальная жизнь сильно затруднена?
При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать
свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. 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 высушенном состоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом («ана» — нет, «биос» — жизнь).
Глубокий анабиоз — это практически полная остановка обмена
веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расширяет возможности выживания организмов в самых суровых условиях. 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).
Рис. 9.
Рис. 10.
Летучая мышь ушан и суслик в состоянии зимней спячки
Коловратка — активно плавающая и в состоянии анабиоза
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 строение нарушается.
Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается редко. 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 анабиозу, 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, зимний 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 бактерий, пока не возникнут благоприятные условия для их размножения.
Скрытая жизнь — очень важное экологическое приспособление. Это
возможность переживать неблагоприятные изменения среды обитания.
При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни.
Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое существование.
Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды, несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях изменчивой тем- пературы, теплокровные животные — птицы и млекопитающие —
поддерживают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела.
Рис. 11.
Клетка черешка листа сахарной свеклы:
/ — хлоролласты; 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 переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.
Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.
Каждый из двух описанных путей выживания имеет свои преимущества и недостатки. При возможности тормозить обмен веществ и переходить 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 различных 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 внутренней среды. Например, у человека повышение температуры тела всего 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 местообитаний.
Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве (рис. 12).
Рис. 12.
Кочевки северных оленей: 1 — северная граница лесотундры; 2 — северная граница тайги; 3 — места зимовок
Разрез гнезда обыкновенной белки
Летняя (?) и зимняя (2) норы полуденных песчанок
Рис. 13.
Гнезда и норы животных
Гнездо мыши- малютки
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 при-
Рис. 14.
Карта миграции деревенской ласточки (А); стая журавлей (Б)
Рис. 15.
Главнейшие направления пролетных путей птиц
мером избегания зимней бескормицы и холодов являются дальние перелеты птиц (рис. 14, 15).
Все три пути выживания могут сочетаться у представителей одного и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную
температуру тела, но многие из них способны регулировать водный 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 специальных
хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохозяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих видов животных и растений, с тем чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.
| Q 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 пере |
| факторов. | мена мест обитания. У разных видов эти |
| пути реализуются по-своему. |
■ Примеры и дополнительная информация
1. Длительность жизни покоящихся семян растений зависит от условий хранения. Повышение влажности и температуры увеличивает траты резервов семени на дыхание, и они в конце концов истощаются. Желуди дуба хранятся не более трех лет. Сухие семена могут 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 семена лотоса, найденные в торфе болота, высохшего 2000 лет тому назад. Плоды этого растения покрыты толстой газо- и водонепроницаемой оболочкой.
2. В Центральной Антарктиде русские исследователи провели микро- биологический анализ образцов льда из глубины ледника. Возраст слоев льда, в которых обнаружены жизнеспособные микроорганизмы,
достигает 10—13 тыс. лет. Найдены в основном бактерии, а также споры грибов и дрожжей. Позднее жизнеспособные бактерии были обнаружены в образцах горных пород под антарктическим 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 температур 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 баланса животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важна также роль
теплоизолирующих покровов (пуха, пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая вокруг 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 не- проницаемыми покровами с немногочисленными устьицами. Листья их превращены в колючки, этим уменьшена общая поверхность, способствующая испарению. Фотосинтез происходит в зеленом стебле. Жарким днем плотно закрыты устьица, и растения довольствуются при фотосинтезе тем углекислым газом, который проникает в их тело за ночь или выделяется в клетках в процессе дыхания. Скудная почвенная влага, поглощаемая корнями, надолго сохраняется в этих растениях, обеспечивая их жизнедеятельность.
5. В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мокриц. Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружающей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и сухость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки, в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы растительными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы затыкает отверстие своими передними сегментами, несущими непроницаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от высыхания свое потомство.
6. У суслика в состоянии активности частота сокращений сердца около 300
ударов в минуту, а во время спячки — ИСРГО 3. Темпрра- 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 достаточно жира.
□ Вопросы. 1. Приведите примеры: 1) избегания организмами неблагоприятных условий и 2)
перехода в состояние скрытой жизни. 2. У верблюдов после летней стрижки расход воды на испарение увеличился на 50%. Почему это произошло? В какое время года вы рекомендуете стричь животных? 3. Почему медицинские 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 зрения. Они питаются нектаром цветов и мелкими насекомыми. За день они съедают корма вдвое больше, чем весят сами. Колибри очень активны, частота взмахов 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.
□ Темы 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 режимом хранения зерна или стремиться получить вдвое больший урожай? 4. Известно, что у многих рыб температура тела постоянна. Значит ли это, что их можно отнести к теплокровным животным? 5. У лошадей, коров, овей и
других домашних животных постоянная температура тела и при хороших, и при плохих кормах. Значит ли это, что регуляция температуры у них не зависит от корма?
ВСПОМНИТЕ
Фотосинтез Почва
Почвенный гумус Структура почвы Микроорганизмы
§ 4. Основные среды жизни
Условия обитания различных видов удивительно разнообразны. Одни из них, например некоторые мелкие клещики или насекомые, всю жизнь проводят внутри листа растения, который для них — целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные про-
странства, как, например, северные олени, киты в океане, перелетные 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 различающихся 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 растворять соли и газы.
Рис. 16.
Разнообразные организмы, составляющие морской планктон: 1-5 — клетки водорослей; 6 — ночесветка; 7-9 — мелкие ракообразные; 10 — медуза; 11 — гребневик; 12 — сагитта
Плотность воды определяет ее значительную выталкивающую силу. Это
значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быстрому активному плаванию, как бы парят в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей получила название планктон. В состав планктона входят микроскопические 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 возможным 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 животных, 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.
Рис. 17.
Быстро плавающие рыбы: 1 — скумбрия;
2 — меч-рыба; 3 — акула; 4 — тунец
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 тысячи раз выше чем на поверхности суши.
Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные 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 глубоководные 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 приспосабливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горячих источниках температура воды может приближаться к точке кипения.
Одна из сложностей жизни водных обитателей — ограниченное количество 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 нехватки 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 морях из-за нарушения работы клеток.
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 летать, а мелкие насекомые, пауки, микроорганизмы, семена и споры растений 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 животных сильнее, чем у водных, выражен внутренний или наружный скелет. Низкая плотность воздуха облегчает передвижение в нем.
Актив-
Рис. 18.
Корневая система верблюжьей колючки (А) и пшеницы (Б)
0,5
1,0
1,5
а о в г д
Рис. 19.
Структура почвы: а — корень; б — частицы почвы; в — корневой волосок; г— влага; д — пузырьки
воздуха
2—17024 Черновв, 10(11) кл.
ный и пассивный полет освоили около двух третей обитателей суши. Большинство из них — насекомые и птицы.
Воздух — плохой проводник тепла. Этим облегчается возможность сохранения тепла, вырабатываемого внутри организмов, и поддержание постоянной температуры у теплокровных живот- (1 ных. Само развитие
теплокровности стало воз-
I гО можным в наземной среде. Предки современных ' ИГ водных млекопитающих — китов, дельфинов,
моржей, тюленей — когда-то жили на суше.
М. С. Гиляров (1912-1985)
крупный зоолог, эколог, академик, основоположник широких исследований мира почвенных животных
У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система (рис. 18), водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных это также различные особенности строения тела и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответствующее поведение. Они могут, например, совершать миграции к водопоям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, например, 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 другие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземновоздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Земли, 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, заполненными частично
водой, а частично воздухом, поэтому почву способны населять 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 микроскопических существ: бактерий, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих (рис. 20—22). Более крупные животные прокладывают в почве ходы сами. Вся почва пронизана корнями растений. Глубина поч-
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 роющих 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,
соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимости от погодных условий. Температурные колебания очень резки у поверхности, но быстро сглаживаются с глубиной.
Главная особенность почвенной среды — постоянное поступление ор- ганического вещества в основном за счет отмирающих корней растений и опадающей листвы. Это ценный источник энергии для бактерий, 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 многоклеточных животных или растений, которые не имели бы своих паразитов. Они обнаруживаются даже у бактерий. Паразиты могут населять полости тела
хозяина, проникать в ткани или внутрь отдельных клеток. Сложный организм хозяина для них — целый мир. Кроме паразитов, виды-хозяева могут иметь полезных сожителей. Например, жвачные животные не смогли бы переваривать пищу без разнообразных бактерий и инфузорий, населяющих их желудок (рис. 23). Пищеварение человека также осуществляется с помощью полезной микрофлоры.
Рис. 23.
Инфузории из пищеварительного тракта копытных
Паразиты и другие обитатели органов и тканей хозяев живут в условиях практически неограниченного запаса пищи (рис. 24). Организм хозяина служит им также защитой от внешних воздействий. Им не грозит высыхание, а колебания температуры или смягчены, или (в телах теплокровных) 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 защищены 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 8 промежуточных хозяевах; а, б, в — промежуточные хозяева; г, д, е — основные хозяева
обеспечивается обилием пищи, компенсирует эту гибель. Поэтому говорят, что для паразитов характерен закон большого числа яиц.
Паразиты должны также преодолевать защитные реакции организма хозяина. Поэтому чаще всего они поражают ослабленных особей. Например, жуки-короеды, которые с экологической точки зрения являются паразитами деревьев, заселяют стволы хвойных лишь в том случае, если дерево не в состоянии защищаться от них выделением смолы.
О Основные среды
Жизни. Планктон. Заморы. Паразитизм. Закон большого числа яиц.
□ Освоение разных сред жизни требует раз- личных экологических приспособлений. Виды, населяющие одну и ту же среду,
должны реагировать и на общий комплекс условий, и на частные особенности местообитаний. По внешнему 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 температура 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 фотосинтез.
2. Пустынные животные обладают удивительными приспособлениями для экономии влаги. Например, у жуков-чернотелок обнаружен замкнутый цикл в использовании воды. Подлежащие выделению продукты обмена веществ поступают из выделительных органов в кишечник в виде растворов, но в задней части кишки вода отсасывается вновь и
используется для нового цикла. Дышат насекомые через трахеи, и в сухом воздухе это грозит большой потерей влаги. У жуков-чернотелок надкрылья срослись в прочную непроницаемую для воды «крышу» над телом, полость под которой насыщена водяными парами. Сюда и
открываются дыхальца, поэтому иссушение через трахеи жукам не грозит.
3. Разная плотность водной и воздушной среды определяет предельные скорости передвижения животных. Дельфины плавают со скоростью 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 скоростью 180 км/ч. Рекордсмен в беге по земле — гепард, его скорость достигает 120 км/ч. Для сравнения: человек в воде плывет со средней скоростью 7 км/ч, а в беге достигает скорости 36 км/ч.
4. Заморы — это массовая гибель водных обитателей от удушья, когда по каким-либо причинам сильно снижается аэрация воды. Летние заморы могут быть в прудах, озерах и даже морях из-за нагревания воды, при котором падает растворимость кислорода. Гибнут в первую очередь
рыбы, моллюски и планктонные организмы. Летние 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. Поскольку
апантелесов пытаются разводить для борьбы с гусеницами,
деятельность их паразитов сильно снижает эффективность таких мер. Иногда на вторичных паразитах поселяются третичные, а в некоторых случаях доходит и до паразитизма в четвертой стадии. Так, в кишечнике головастиков и лягушек паразитируют ресничные
простейшие — опалины, на них поселяются амебы, которые, в свою очередь