Наземно-воздушная и почвенная среды жизни
Газовый режим наземно-воздушной среды.Отличительной особенностьюназемно-воздушной среды является наличие в ней воздуха (смеси газов).
Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функцию опоры для организмов (за исключением летающих). Именно низк я плотность воздуха определяет его незначительное сопротивление при передвижении орга-низмов по поверхности почвы и затрудняет их перемещение в вер икальном на-правлении. Низкая плотность воздуха обусловлива т акже низкое давление на суше (760 мм рт. ст. = 1 атм). Вследствие высокой прозрачности воздух гораздо меньше, чем вода, препятствует проникновению солн чного св та.
Газовый состав воздуха постоянен (об этом ы знаете из курса географии). Кислород и углекислый газ, как правило, не я ляют я лимитирующими фактора-ми. В качестве примесей в воздухе присут твуют водяные пары и загрязнители.
За последнее столетие в результате хозяй твенной деятельности человека в атмосфере резко повысилось содерж ние оксидов зота и серы, аммиака, фор-мальдегида, тяжелых металлов, углеводородов и др. Ныне живущие организмы практически не приспособлены к ним. По этой причине загрязнение атмосферы является серьезной глобальной экологической проблемой, требующей осущест-вления природоохранных меропри тий на уровне всех государств.
Воздушные массы перемещ ются в горизонтальном и вертикальном направле-ниях, что приводит к появле ию т кого экологического фактора, как ветер. Ветер может вызывать перемеще ие песков в пустынях (песчаные бури). Он способен выдувать почвенные частицы а любом рельефе, снижая плодородие земель (ве-тровая эрозия). Ветер оказывает механическое воздействие на растения и может быть причин й п легания зерновых, затрудняя их уборку. Он способен вызывать ветровалы (выв рачивание деревьев с корнями), буреломы (переломы стволов де-ревьев), деф ми вать крону. Перемещение воздушных масс существенно влия-ет на расп еделение осадков и температурный режим в наземно-воздушной среде.
Водный режим наземно-воздушной среды.Наземно-воздушная среда мо-жет быть к к предельно насыщена влагой (тропики), так и очень бедна ею (пу-стыни). Осадки распределяются неравномерно как по сезонам, так и по геогра-фическим зонам, вследствие чего влажность в среде колеблется в широком диа-пазоне и является основным лимитирующим фактором для живых организмов.
Температурный режим наземно-воздушной среды.Температура в наземно-воздушной среде имеет суточную и сезонную периодичность, к которой организ-мы адаптировались с момента выхода жизни на сушу. Поэтому она реже, чем влажность, проявляет себя как лимитирующий фактор.
Правообладатель Народная асвета
| Наземно-воздушная и почвенная среды жизни |
Климат и микроклимат.С понятиями«погода»и«климат»вы уже познако-мились в курсе географии. Вам известно, что жизнь организмов в наземно-воз-душной среде зависит не столько от изменения отдельных факторов, сколько от их динамического комплекса — климата. Климат — это совокупность много-летних, относительно постоянных погодных условий для данной местности. Мно-голетний режим погоды характеризует тип климата местности. В понятие кли-мата входят суточная, сезонная и годовая динамика климатических ф к оров. Тип климата определяется географическим положением местности. На его зональное распределение могут оказывать влияние горы и степень удал ннос и от океана. В горах наблюдается климатическая зональность, аналогичная см не зон от низких широт к высоким в Северном полушарии (рис. 15). Для многих организмов ва-
Рис. 15. Смена климатических зон в зависимости от географической широты и высоты в горах
Правообладатель Народная асвета
38 Глава 1
жен не столько климат региона, сколько комплекс факторов в их непосредствен-ной среде обитания. Он может существенно отличаться от общих климатических условий. Микроклимат — климат отдельных, небольших участков территории.
В каждой климатической зоне может формироваться большое разнообразие ми-кроклиматов.
Общая характеристика почвы как среды жизни.Почва—верхний слойземной коры, образовавшийся в результате взаимодейс вия клим тических и биологических факторов с подстилающей породой (п сок, глина и . д.), облада-ющий плодородием. Почва контактирует с воздушной ср дой и выполняет функ-цию опоры для наземных организмов, является источником минерального пи-тания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов ор-ганизмов. Для нее характерны следующие ой т а: определенная структура, влажность, температурный режим, аэрация (обе печение воздухом), реакция среды (рН), засоленность.
Вертикальная структура почвы имеет три основных горизонта: 1) перегнойно-аккумулятив- 
ный (гумусовый) горизонт, где накапливаются и преобразуются органические вещества, часть из которых выносится в нижний слой ; 2) горизонт вымывания, где оседают и преоб-разуются вымытые из верхнего горизонта вещества ; 3) материнская порода, которая превращается
в почву. Эти горизонты сильно р злич ются по химическому составу и физическим свойствам. По-чвы классифицируются по типам (черноземы, торфяно-болотные, дерново-подзолистые и др.) и по видам (песчаные, супесчаные, сугли ки, гли истые и др.).
Плотность почвы увеличивается с глубиной. Влажность, температура и аэрация почвы тесно взаимосвяза ы и взаимозависимы. Температурные ко-лебания в п чве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не пр слеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно про-греваются и медленно стывают. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэ ацию и наоборот. Гидротермический режим почвы и ее аэрация зависят от ст укту ы почвы. Глинистые почвы по сравнению с песчаными силь-нее удержив ют влагу, хуже аэрируются и хуже прогреваются. По реакции среды почвы р зделяются на кислые (рН 7,0), нейтральные (рН ≈ 7,0) и щелочные (рН 7,0).
Адаптации растений к жизни в наземно-воздушной среде и почве.В связи
с тем, что воздух не может служить надежной опорой, у растений появились ме-ханические ткани. Вы уже знаете, что благодаря подвижности воздуха (ветру) у растений сформировались приспособления к опылению, распространению спор, плодов и семян. Широкий диапазон изменения климатических факторов стал причиной формирования плотных покровных тканей.
Правообладатель Народная асвета
| Наземно-воздушная и почвенная среды жизни |
Почва в жизни растений выполняет функции закрепления, водоснабжения, источника минерального питания. Концентрация питательных веществ в почве привела к развитию у растений корневой системы и проводящих тканей.
Адаптации животных к жизни в наземно-воздушной среде и почве.Жизньво взвешенном состоянии в воздухе невозможна из-за его низкой плотности. Хотя многие виды (насекомые, птицы) приспособились к активному полету и мо-гут длительно пребывать в воздухе, их размножение происходит на поверхности почвы. Перемещение воздушных масс в горизонтальном и в р икальном направ-лениях используется некоторыми мелкими организмами для пассивного расселе-ния (пауки, насекомые, протисты). Низкая плотность оздуха стала причиной со-вершенствования у животных в процессе эволюции наружного (членистоногие) и внутреннего (позвоночные) скелетов. По этой же причине имеет место ограниче-ние предельной массы и размеров тела наземных жи отных. Самое крупное жи-вотное суши — слон (масса до 5 т) гораздо меньше мор кого гиганта — синего кита (до 150 т). Благодаря появлению разных типов конечностей млекопитающие смогли заселить разнообразные по характеру рельефа уч стки суши.
Животные, обитающие в почве, имеют р д адаптаций для жизни в ней (рис. 16). Для них характерны разные способы передвижения в почве: рытье хо-дов и нор (медведка, крот), раздвиг ние почвенных частиц и прокладывание хо-дов (дождевые черви), ползание среди почвенных частиц (личинки насекомых).
В связи с этим в процессе эволюции выр бот лись соответствующие адаптации: копательные конечности у землероющих организмов, гидростатический скелет у кольчатых червей, коготки у асекомых, многоножек.
У кротов, перемещающихся в узких ходах, шерсть укладывается в двух на-правлениях. Почвенные жив тные имеют короткое компактное тело с ненамо-кающими покровами (млек питающие) или покрытое слизью. Недостаток света
в почве привел к снижению зрения у многих почвенных животных. У крота кро-шечные, недо азвитые глаза часто скрыты под складкой кожи.
Рис. 16. Обитатели почвы
Правообладатель Народная асвета
40 Глава 1
В наземно-воздушной среде организмы окружены воздухом, имеющим низкую влажность, плотность и давление, высокую прозрачность и со-держание кислорода. Влажность является основным лимитирующим фактором. Почва как среда жизни имеет определенную структуру, ги-дротермический режим, аэрацию. У растений и животных к жизни в на-земно-воздушной и почвенной средах выработались р знообр зные адап-тации.
1.Охарактеризуйте свойства воздуха, как компон нта наз мно-воздушной среды.
2.Какие факторы наземно-воздушной среды я ляются лимитирующими? Почему?
3.Перечислите особенности почвы, как среды жизни. 4. Обоснуйте необходимость появления у растений механических, покровных и про одящих тканей в связи с вы-ходом в наземно-воздушную среду. 5. Какие адаптации животных позволяют им обитать в почве? 6. Почему после обильного дождя на поверхности почвы можно увидеть много дождевых червей?
§ 10. Живой организм как среда жизни
Характерные особенности орг низма как среды жизни.Относительное по-стоянство внутренней среды одного орг низма — хозяина — дает возможность использовать его тело другим орг низмом — сожителем — в качестве среды жизни. Хозяин — орга изм, являющийся средой жизни для других организмов. Сожитель —орга изм,поселяющийся на поверхности или внутри тела дру-гого организма. Сожитель может быть для хозяина нейтральным (мальки рыб в кишечной полости морских кишечнополостных животных). Он может приносить ему пользу, снабжая питательными веществами (азотфиксирующие клубеньковые бактерии и б б вые растения). Но он может причинять хозяину вред, используя его питательные вещества (аскарида человеческая и человек).
Сожителей больше всего среди микроорганизмов (все вирусы, некоторые представители бак-терий и грибов), протистов (дизентерийная амеба, трихомонада) и многоклеточных организ-мов, имеющих упрощенное строение (плоские и круглые черви, некоторые насекомые).
аиболее часто в природе встречаются взаимоотношения, когда сожитель живет за счет хозяина и угнетает его жизнедеятельность. Эти взаимоотношения называются паразитизмом (от греч. paraЂsitos — нахлебник), а сожители — паразитами. Академик Е.Н.Павловский дал им следующее определение:«Паразитами называют животных, которые живут за счет особей другого вида, будучи тесно связаны с ними в своем жизненном цикле на большем или мень-шем его протяжении».
Правообладатель Народная асвета
| Живой организм как среда жизни |
Паразиты могут поселяться на поверхности тела хозяина как в случае эк-топаразитизма (вши,блохи,клещи,клопы)или внутри него в случае эндо-паразитизма (малярийный плазмодий,аскариды,власоглавы,бычий цепень).
У эктопаразитов большая часть тела находится вне хозяина (в контакте с окру-жающей средой) и лишь органы питания внедряются в его живые тк ни. У эн-допаразитов в процессе эволюции выработались особые приспособления: орг ны фиксации, обеспечивающие обитание в организме хозяина (ку икулярные крюч-ки, присоски); специфический покров тела, защищающий парази ов от перева-ривания пищеварительными соками хозяина.
Попав во внутреннюю среду хозяина, эндопаразит получа т ряд преиму-ществ:
1) обилие легко доступной для усвоения пищи, не требующей перестройки процессов пищеварения. Например, клеточный ок ра тений, кровь животных, содержимое их пищеварительного тракта, уже подвергнутое ферментативной об-работке;
2) защищенность от непосредственного воздействия биотических и биотиче-ских факторов внешней среды. Все взаимодействия со сложными и изменяющи-мися окружающими условиями и врагами берет на себя организм хозяина;
3) относительная стабильность условий существования. Внутренняя сре-да организма по ряду физико-химических ф кторов имеет высокую степень по-стоянства.
В то же время организм как среда жизни создает для паразитов некоторые экологические трудности:
1) ограниченность сре ы во време и и пространстве;
2) трудность распр странения от одной особи хозяина к другой;
3) сложности в беспечении кислородом;
4) защитные еакции ганизма хозяина.
Как преимущества, так и экологические трудности жизни в другом организме явились причиной фо ми ования у паразитов разнообразных адаптаций, позво-ляющих им эффективно размножаться и процветать.
Адапт ции к жизни в другом организме.Обилие легко доступной пищипривело к упрощению системы пищеварения у паразитов. Например, у печеноч-ного сосальщика пищеварительная система упрощена, а у бычьего цепня и вовсе утрачена. Всасывание питательных веществ у ленточных червей происходит всей поверхностью тела.
У паразитических растений питание соками хозяина привело к редукции си-стемы фотосинтеза и утрате хлорофилла. Среди растений встречаются полные паразиты и полупаразиты. Паразиты не содержат хлорофилла, например, пови-
Правообладатель Народная асвета
42 Глава 1
Рис. 17. Расте ия-паразиты и полупаразиты
лика, заразиха, раффлезия, петров крест. Полупаразиты (омела) имеют хлоро-пласты и берут т растения только минеральные вещества (рис. 17).
В отличие от свободноживущих организмов, которые сами взаимодействуют
с окруж ющей с едой, паразиты «переложили» тяжесть регуляции отношений со средой на хозяина. Отсутствие у паразитов непосредственного контакта с фак-тор ми внешней среды привело к упрощению строения их нервной системы и ре-дукции орг нов чувств. Отпала и необходимость выработки приспособлений для активной и пассивной защиты от врагов.
Так как условия обитания паразитов постоянны и оптимальны, у них нет не-обходимости вырабатывать сложные механизмы адаптации. Это приводит к эко-номии расхода энергии на процессы, не связанные с поддержанием жизнедея-тельности.
Ограниченность размеров среды обитания паразитов компенсируется малы-ми размерами их тела и упрощением внешнего строения, а трудности в распро-
Правообладатель Народная асвета
| Живой организм как среда жизни |
странении — повышением способности к размножению. Огромная плодовитость у паразитов получила название «закона большого числа яиц».
Например, человеческая аскарида за сутки способна отложить 250 тыс. яиц, а за 5—6 месяцев половой зрелости — 50—60 млн яиц. Их масса в 1700 раз превосходит массу самки.
Интенсивное развитие половой системы обеспечивает высокие репродуктив-ные возможности вида. Этому также способствуют партеногенез (разви ие без оплодотворения), полиэмбриония (когда из одного яйца появля ся много заро-дышей), бесполое размножение (самки рождают только самок). Возникновение гермафродитизма (совмещение в одном организме мужской и ж нской половыхсистем) является гарантией полового размножения при наличии даже одной осо-би. Защита оплодотворенных яиц многослойными оболочками и обеспечение за-родыша питанием способствуют выживанию потом тва. Развитие приспособле-ний для выхода личинок из яйца и тела хозяина во внешнюю среду и их про-никновение в организм нового хозяина способствуют р сселению.
Благодаря смене хозяев в жизненном цикле п р зита не допускается скоп-ление в одном организме большого количества особей, что могло бы привести к гибели хозяина.
Сложности в обеспечении кислородом привели у паразитов к редукции ды-хательной системы и переходу к н эробному дыханию. Так как их энергетиче-ские затраты невелики, а запасы пищи еиссякаемы, то такой способ дыхания оправдан.
Взаимоотношения, ког а о ин организм (паразит) живет за счет другого (хозяина), называются паразитизмом. Паразит, использующий хозяина как среду жизни, п лучает ряд преимуществ, но при этом испытывает экологические т удн сти. Основные адаптации к паразитизму: малые размеры тела, уп ощение внешнего и внутреннего строения, повышение способности к змножению, наличие смены хозяев в жизненном цикле.
1.К кое влияние может оказывать сожитель на своего хозяина? 2. Какие взаимо-отношения между организмами называются паразитизмом? 3. В чем преимущества организма как среды жизни? 4. Какие экологические трудности для обитателей со-здает организм как среда жизни? 5. Назовите основные адаптации организмов к жизни в другом организме. 6. Что позволяет люпину (бобовое растение) расти на бедных песчаных почвах и давать хороший урожай?
Правообладатель Народная асвета
Понятие вида. Критерии вида
Вид как таксономическая категория.Чтобы изуча ь многообр зие жизни,человеку необходимо было разработать систему классифик ции орг низмов для разделения их на группы. Как вы уже знаете, основной с рук урной единицей в систематике живых организмов является вид.
Вид — исторически сложившаяся со окупность популяций, особи которых сходны по морфологическим, физиологическим и биохимиче-ским признакам, свободно скрещивают я и дают плодовитое потом-ство, приспособлены к определенным у ловиям среды и занимают в природе общую территорию — аре л .
Для того чтобы отнести особей к одному и тому же или к разным видам, их сравнивают между собой по ряду определенных х рактерных признаков — кри-териев.
Критерии вида—совокупность х рактерных однотипных признаков,по ко-торым особи одного вида схожи, особи разных видов различаются между собой.
В современной биологии выделяют следующие основные критерии вида: морфо-логический, физиологический, биохимический, генетический, экологический, гео-графический.
Морфологический критерий отражает совокупность характерных призна-ков внешнего стр ения. Например, виды клевера различаются по окраске соцве-тий, форме и краске листьев (рис. 18). Этот критерий относительный. В пре-делах вида ос би м гут заметно различаться по строению в зависимости от пола (половой дим физм), стадии развития, способа размножения, условий среды обитания, п инадлежности к сортам или породам.
Н п имер, у к яквы самец ярко окрашен, а самка темно-бурая, у благород-ного оленя с мцы имеют рога, а у самок их нет (рис. 19). У бабочки капустной белянки гусеница отличается от взрослой особи внешними признаками. У папо-ротника щитовника мужского спорофит имеет листья и корни, а гаметофит пред-ставлен зеленой пластинкой с ризоидами. В то же время некоторые виды настоль-ко схожи по морфологическим признакам, что их называют видами-двойниками. Например, некоторые виды малярийных комаров, дрозофил, североамериканских сверчков внешне не различаются, но не скрещиваются между собой.
Таким образом, на основании одного морфологического критерия нельзя су-дить о принадлежности особи к тому или иному виду.
Правообладатель Народная асвета
| Понятие вида. Критерии вида | |||
Рис. 18. Морфологические различия разных видов клевера
Рис. 19. Внешние различия самцов и самок — доказательство относительности морфологического критерия
Правообладатель Народная асвета
46 Глава 2
Физиологический критерий —совокупность характерных особенностейпроцессов жизнедеятельности (размножения, пищеварения, выделения и др.). Одним из важных признаков является способность особей скрещиваться. Осо-би разных видов не могут скрещиваться из-за сдвига сроков размножения, не-совместимости половых клеток, несоответствия поведения в бр чный период. Этот критерий относительный, поскольку и особи одного вида иногда не могут скрещиваться. Например, растения одуванчика на южном склоне холма зацвета-ют раньше и могут отцвести к моменту цветения растений на северном склоне. Значит, опыление между ними будет невозможно, хотя они и о нося ся к одному виду. И наоборот, известны такие виды, представит ли которых могут скрещи-ваться между собой. Например, лошадь и осел, пр дста ит ли некоторых видов ив, тополей, зайцев, канареек. Из этого ледует, что для определения видовой принадлежности особей недостаточно сравнивать их только по физиологическому критерию.
Биохимический критерий отраж ет х р ктерный химический состав тела
и обмен веществ. Это самый ненадежный критерий. Нет веществ или биохими-ческих реакций, характерных только для определенного вида. Особи одного вида могут значительно различаться по этим показателям. Тогда как у особей разных видов синтез белков и нуклеиновых кислот происходит одинаково. Ряд биологи-чески активных веществ игр ют н логичную роль в обмене веществ у разных видов. Например, хлорофилл у всех зеленых растений участвует в фотосинтезе. Значит, определение видовой при адлежности особей на основании одного био-химического критерия тоже евозможно.
Генетический критерий характеризуется определенным набором хромосом,сходных по размерам, ф рме и составу. Это самый надежный критерий, так как он является факт р м репродуктивной изоляции, поддерживающей генетическую целостность вида. Однако и этот критерий не является абсолютным. У особей одного вида число, азмеры, форма и состав хромосом могут различаться в ре-зульт те геномных, х омосомных и генных мутаций. В то же время при скре-щив нии некоторых видов иногда появляются жизнеспособные плодовитые межвидовые гибриды. Например, собака и волк, тополь и ива, канарейка и зя-блик при скрещивании дают плодовитое потомство. Таким образом, сход-ства по данному критерию также недостаточно, чтобы отнести особей к одно-му виду.
Экологический критерий —это совокупность характерных факторовсреды, необходимых для существования вида. Каждый вид может обитать в той среде, где климатические условия, особенности почвы, характер рельефа и ис-точники пищи соответствуют его пределам толерантности. Но в этих же усло-
Правообладатель Народная асвета
| Понятие вида. Критерии вида |
виях среды могут обитать и организмы других видов. Выведение человеком новых пород животных и сортов растений показало, что особи одного вида (дикие и окультуренные) могут жить в сильно различающихся условиях среды. Это доказы-вает относительный характер экологического критерия и необходимость исполь-зования других критериев при определении принадлежности особей к определен-ному виду.
Географический критерий представляет собой определенную ч с ь земнойповерхности (ареал) в природе, где обитают особи данного вида.
Например, лиственница сибирская распространена в Сибири (Зауралье), а лиственница даурская — в Приморском крае (Дальний Восток), морошка — в тундре, а черника — в умеренной зоне.
Этот критерий указывает на приуроченность вида к определенному место-обитанию. Но есть виды, не имеющие четких границ ра еления, а обитающие практически повсеместно (лишайники, бактерии ). У некоторых видов вообще нет собственного ареала. Они сопровождают человека и н зываются синантропны-ми видами (комнатная муха,постельный клоп,домов я мышь,серая крыса).Уразных видов могут быть совпадающие местообитания. Значит, и этот критерий имеет относительный характер и не может использоваться в качестве единствен-ного для определения видовой прин длежности особей.
Таким образом, ни один из опис нных критериев не является абсолютным и универсальным, поэтому при определе ии принадлежности особи к определенно-му виду следует учитывать все его критерии.
Ареал вида. Понятие об эн емиках и космополитах.Согласно географиче-скому критерию, каждый вид в природе занимает определенную территорию — ареал.
Ареал (от лат.area—пл щадь,пространство)— часть земной поверх-