Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов

Лекция 3. « Экологические факторы»

1. Среда и условия существования организмов

2. Абиотические факторы

3. Биотические факторы

4. Совместное действие экологических факторов

Среда и условия существования организмов

Все условия живой и неживой природы при которых существуют живые организмы и которые прямо или косвенно влияют на состояние, развитие и размножение как отдельных организмов, так и целых популяций - входят в понятие внешняя среда.

Из внешней среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ.

Совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может составляют Условия жизни или условия существования. А способность организма приспосабливаться к среде называется адаптацией.

Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически в процессе развития.

Отдельные элементы или свойства среды, воздействующие на организм и взаимодействующие с ним называются экологическим факторами.(от лат. Фактор – условие, причина)

Все многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические.

Абиотические факторы–( от лат«а»-отрицание «биос» –жизнь) это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Экологические факторы среды

Абиотические Биотические

1. Климатические ( свет, температура 1. Фитогенные (влияние

влага, воздух, ветер) растений)

2. Эдафогенные (механический состав, 2. Зоогенные (влияние

влагоемкость, воздухопроницае-

мость, окраска) 3. Антропогенные (влия-

3. Орографические (рельеф, экспозиция) ния, связанные с дея-

4. Химические (газовый состав, солевой тельностью человека)

состав воды)

Некоторые авторы антропогенные факторы выделяют в самостоятельную группу факторов наряду с абиотическими и биотическими, подчеркивая тем самым чрезвычайное действие антропогенных факторов.

Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие.

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями, например, силой, диапазоном действия.

Для каждого вида растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, а другие относительно сухую. Одни хорошо растут в сильную жару, другие лучше переносят более холодную среду и т.д.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом, то есть условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать.

Кривая толерантности

Пример.При выращиваниирастений при различных температурах, точка, при которой будет наблюдаться максимальный рост, будет оптимумом. Чаще всего это некий диапазон температур в несколько градусов (или зона оптимума).

Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называется диапазоном устойчивости (выносливости) или толерентности. Точки, находящиеся между максимальной и минимальной температурой пригодной для жизни растения называются пределами устойчивости.Между зоной оптимума и пределамиустойчивости по мере приближения к последним находятся зоны угнетения или стрессовые зоны.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность.

Экологически выносливые виды называют эврибионтными (от лат еурос-широкий), а маловыносливые – стенобионтными (от лат. стенос – узкий).

Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности.

А виды, развивающиеся при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтами.

Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов

Как мы уже отмечали абиотические факторы или неживой компонент среды подразделяются на климатические, почвенные (эдафические), топографические и другие физические факторы в том числе воздействие волн, морских течений, огня и т. д.

Одним из важнейших абиотических факторов для большинства живых организмов является свет.

Солнце излучает в космическое пространство огромное количество энергии.

42% всей падающей солнечной радиации отражается атмосферой в космическое пространство, 15% - поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание и только 43% - достигает земной поверхности.

Эта доля радиации в свою очередь на 27% состоит из прямой радияции и на 16% из рассеянной или диффузной. Общая сумма прямой и рассеянной радиации составляет суммарную радиацию.

Свет для живых организмов служит с одной стороны источником энергии, без которого невозможна жизнь, а с другой стороны – прямое воздействие света на протоплазму может быть смертельно для организма. То есть, свет - это не только жизненно важный фактор, но и лимитирующий, как на минимальном так и на максимальном уровнях.

С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, зрение у животных и прочие процессы.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений:

- световые (светолюбы) - гелеофиты

- теневые (тенелюбы) - сциофиты

- и теневыносливые –факультативные гелиофиты

Интенсивность освещения влияет на активность животных, определяя среди них виды, ведущие сумеречный, ночной и дневной образ жизни.

У растений освещение вызывает ростовые движения, которые проявляются в том, что из-за неравномерного роста стебля происходит его искривление. Это явление носит название фототропизма.

Движение Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года.

Уменьшение продолжительности светового дня в конце лета приводит к прекращению роста животных, вызывает у них осенью линьку, определяет сроки группировки в стаи и их миграцию или переход в состояние покоя (спячки)

Растения, развитие которых нормально происходит при длинном дне, называют длиннодневными. Это растения зоны средней полосы – рожь, пшеница, луговые злаки, клевер и др.

Растения, развитие которых нормально происходит при сокращенном световом дне – называются короткодневными.К ним относятся выходцы из южных районов – гречиха, просо, подсолнечник и др.

Температура.

Не менее важным абиотическим фактором чем свет является тепловой режим. Главным источником тепла на земле является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами определяющими климат региона. А он в свою очередь определяет наличие и обилие видов растений и животных в данной местности.

Температурный фактор характеризуется ярко выраженными как сезонными так и суточными колебаниямиВыходящие за пределы терпимости организмов изменения температуры в местах обитания приводят к массовой их гибели.

Температурный режим влияет на скорость протекания физикохимических процессов в клетках, на анатомо-морфологические особенности организмов, на рост, развитие, поведение и во многих случаях определяет географическое распространение растений и животных.

По отношению к температуре все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях сравнительно низких температур и не выносят высоких. Криофилы могут сохранять активность при температуре клеток до –8 -10*С к таким организмам относятся некоторые виды бактерий, грибов, моллюсков, членистоногих, червей. Они населяют холодные и умеренные зоны.

Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом.Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организмов называется оптимальной.Температурный оптимум для большинства живых организмов находится в пределах 20-25*С, и лишь у обитателей жарких, сухих районов температурный оптимум находится несколько выше – 25-28*С.

Для организмов умеренных и холодных зон России оптимальными температурами являются 10-20*С.

В зависимости от широты интервала температуры, в которой данный вид может существовать, организмы подразделяются на эвритермные и стенотермные.

Эвритермные организмы выдерживают широкие колебания температуры, стенотермные – живут лишь в узких пределах температур.

Беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах их называют пойкилотермными ( от лат. пойкилос – разный) Эти организмы больше зависят от тепла, поступающего извне, чем от тепла, которое образуется в обменных процессах. Эти организмы часто называют холоднокровными.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Эти животные называются гомойотермными ( от лат. хомоус -–подобный) или теплокровными.

Благодаря высокой интенсивности обмена у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться.

При оптимальных температурах у всех организмов физиологические процессы протекают наиболее интенсивно, что способствует увеличению темпов их роста. Этот процесс подчиняется правилу Ванг-Гоффа. Которое звучит так– скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза при повышении температуры на каждые 10*С.

При температурах выше или ниже оптимальных скорость биохимических реакций в организме снижается или вообще нарушается. И как итог – замедление темпов роста или даже гибель организма.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре, среди них

- морфологические

- биохимические

- физиологические

- поведенческие

Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений – форма их роста. Там, где тепла мало – много подушковидных растений, то есть растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм (карликовые формы). Это позволяет растениям улавливать максимум тепла солнечных лучей, а также использовать тепло нагретой поверхности почвы.

В зонах высоких температур у растений имеются определенные приспособления, например, листовые пластинки, сокращены до размера игл, щетинок или чешуй, развиты волоски, создающие войлочное покрытие и т.д., которые снижают отрицательное действие высоких температур.

У животных под действием теплового фактора формируются такие морфологические признаки как:

- отражательная поверхность тела – это пуховой, перьевой и шерстяной покровы у животных

- жировые отложения.

- темная окраска, способствующая усиленному поглощению солнечного тепла

- увеличение размеров тела у животных в холодных районах (полярные медведи, киты) и уменьшение в жарких районах.

- С продвижением на север размеры выступающих частей тела (хвост, уши, конечности и т.д.) также уменьшаются. Это явление известно как правило Аллена.

- Окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном. Это явление известно как правило Глогера

Биохимическая адаптпцияживых организмов к температуре проявляется прежде всего в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях.

Поведенческая адаптация проявляется в перемещении животных в места с более благоприятными температурами.

Влажность

Следующим важным абиотическим экологическим фактором является вода. Живых организмов, не содержащих воду на земле нет. Она является основной составной частью протоплазмы клеток, тканей растительных и животных соков. Все биохимические процессы ассимиляции и диссимиляции, газообмен в организме осуществляются при наличии воды.

Влажность среды это параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Различают абсолютную и относительную влажности.

Абсолютная влажность – это количество газообразной воды, содержащейся в воздухе, и выраженное через массу воды на единицу массы воздуха г/м куб.

Относительная влажность – это отношение количества имеющегося в воздухе пара к насыщающему количеству пара при данных условиях температуры и давления.

По отношению к влажности все живые организмы подразделяются на эвригигробионтные и стеногигробионтные.

Эвригигробионтные организмы приспособились жить при различных колебаниях влажности. Для стеногигробионтных организмов влажность должна быть строго определенной – высокой, средней или низкой.

Все наземные организмы по отношению к водному режиму подразделяются на три основные экологические группы:

- гигрофильные – влаголюбивые

- ксерофильные – сухолюбивые

- мезофильные – предпочитающие умеренную влажность

-

По способу регулирования водного режима наземные растения подразделяются на две группы:

- пойкилогидриты и

- гомеогидриты

Пойкилогидриты – это растения не способные активно регулировать свой водный режим. У них нет устьиц или других приспособлений. Их транспирация равна простому испарению. Содержание воды в клетках находится в равновесии с давлением паров в воздухе и определяется влажностью воздуха.

К пойкилогидридным растениям относятся наземные водоросли, лишайники, некоторые мхи, тонколистные папоротники и т. д.

Важным для жизни организмов являются особенности распределения влаги по сезонам в течение года.

Для растений очень важен и характер выпадающих осадков – моросящий дождь, ливень, снег их продолжительность. Например, моросящий дождь летом хорошо увлажняет почву, более эффективен для растений, чем ливень. Во время ливня почва не успевает впитывать воду. Потоки воды быстро стекают, унося с собой плодородную часть почвы, плохо укоренившиеся растения, зачастую ведет к гибели мелких животных и насекомых.