63383

Организм и условия его обитания. Экологические факторы и их классификация. Лимитирующие факторы

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Живые организмы используют энергию окружающей их среды для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности. Живые организмы активно реагируют на состояние окружающей среды и происходящие в ней изменения.

Русский

2014-06-19

197 KB

4 чел.

Дисциплина «Экология и устойчивое развитие»

Лекция №2 Организм и условия его обитания. Экологические факторы и их классификация. Лимитирующие факторы.

План

    Жизнь, ее происхождение и развитие всегда, с древнейших времен волновали мысль человека. П.Кемп и К. Армс (1988) намечают 7 признаков живого организма:

1. Живые организмы характеризуются высокоупорядоченным строением. Химические вещества, из которых состоят живые, организмы сложны и обладают уровнями организации превышающими таковые у большинства веществ неживой (или косной) природы.

2. Живые организмы используют энергию окружающей их среды для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности. Большая часть из них прямо или косвенно использует солнечную энергию. Зеленые растения используют эту энергию для синтеза питательных веществ, потребляемых как самими растениями, так и подавляющем большинством всех других организмов, обитающих на Земле.

3. Живые организмы активно реагируют на состояние окружающей среды и происходящие в ней изменения. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство всех живых веществ.

4. Живые организмы развиваются. Рост, например, кристалла и рост органов любого живого существа принципиально отличны по структуре, сложности и многообразию свойств формирующихся органов.

5. Все живое размножается. Новые организмы возникают только в результате размножения других таких же организмов.

6. Каждому организму для того, чтобы выжить, развиваться и размножаться, необходима информация, заложенная в нем самом, в его генетическом аппарате, которая расщепляется и передается от каждого индивидуума к его потомкам. Генетический материал предопределяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакции на окружающую его среду.

7. Живые организмы адаптированы к среде их обитания. Они сами и все их органы приспособлены своему образу жизни.

     Каковы же условия этой внешней среды обитания, благоприятствующие возникновению, сохранению и развитию жизни?

     Экология рассматривает пять таких условий, совокупность которых определяет эти возможности (Мамедов и Суравегина, 1966).

1. Достаточное количество кислорода и углекислого газа. А.С.Монин (1977) отмечает, что с биологической точки зрения критический уровень содержания свободного кислорода в атмосфере, при котором организмы переходят от анаэробного обмена веществ, к энергетически более эффективному окислению при дыхании, составляет около одной сотой от количества кислорода в современной атмосфере. Такое его содержание в атмосфере Земли было достигнуто, вероятно, в конце венда, около 600 млн. лет тому назад. С этого момента в морской среде происходит массовый взрыв биологической продуктивности и разнообразия организмов, однако, их выход на сушу еще долгое время сдерживался отсутствием озонового экрана атмосферы. Формирование последнего состоялось около 400 млн. лет тому назад, при содержании кислорода в приземном слое атмосферы порядка 10% от современного. С появлением озонового экрана резко интенсифицируется освоение континентов лесной растительностью с ее бурным фотосинтезом и в относительно короткий срок, в несколько миллионов лет содержание свободного кислорода достигло современного уровня. Стоит отметить, что в настоящее время всеми растениями мира продуцируется около 100-150 млрд.т. кислорода, примерно в равных долях на суше и в океанических пространствах. Почти весь он расходуется на дыхание животных, окисление органических остатков, вулканических газов и горных пород. Углекислый газ первоначально попадал в атмосферу и гидросферу земли из земных недр, с продуктами дегазации мантии, а затем - с вулканическими газами. Можно представить каталитическую реакцию графита с водой, происходящую при высоких температурах или температурную диссоциацию первичных карбонатов. Одновременно, удаление углекислого газа из атмосферы происходило и происходит главным образом за счет образования карбонатного скелета морских организмов и накопления на морском дне карбонатных отложений и органического вещества растений.

2. Достаточное количество жидкой воды, недостаток которой встречается на земле лишь в Антарктиде, Гренландии, высокогорьях и экваториальных пустынях. История формирования земной гидросферы также достаточно интересна. В момент образования нашей планеты из протопланетного облака все элементы ее будущей гидросферы, как и атмосферы, находились в составе твердых веществ (Монин, 1977): вода в гидроокислах, азот - в нитридах, кислород в окислах металлов, углерод - в графитах, карбидах и карбонатах. Возникновение гидросферы связано уже с последующими выплавками базальтов, водяного пара и газов, впервые 0,5-1,5 млрд. лет существования Земли, в результате прогревания недр планеты за счет гравитационного сжатия и распада радиоактивных изотопов. Подтверждением тому служат современные вулканические газы, содержащие водяной пар в количествах не менее 70-80 весовых процентов. Обнаружение осадочных образований в древнейших из известных горных пород Земли свидетельствует о весьма раннем возрасте ее гидросферы.

3. Определенный интервал благоприятных температур: не слишком низких для протекания биохимических реакций с участием ферментов и не слишком высоких, не более 10000С, выше которых белок свертываются.

4. Необходимый минимум минеральных веществ в почвенном слое, доступных для освоения микроорганизмами и растениями.

5. Ограничение солености среды: при концентрации солей примерно в 10 раз выше чем морская вода, а ее соленость составляет в среднем 35 г/кг, жизнь в воде исчезает, подземные же воды лишены жизни при их минерализации свыше 270 г/л. К этим пяти условиям необходимо добавить:

6. Отсутствие загрязняющих веществ, которые по своим свойствам и концентрации превышают допустимые для биосферных объектов уровни.

     Таковы, меняющиеся под влиянием человека, необходимые условия существования живого вещества Земли.

     Способность организмов выдерживать изменение условий жизни, существовать в условиях разных значений тех или иных факторов называют толерантностью, от латинского слова tolerantia – терпение.

      Толерантность – очень важное свойство живого. Например, химические процессы в живых организмах протекают с различными скоростями в разных условиях. Внешние условия в значительной мере определяют скорость таких процессов, как движение или фотосинтез. Скорость роста многих растений зависит от концентрации различных веществ в окружающей среде, например углекислого газа в воздухе или ионов водорода в почве. Кривая, характеризующая скорость того или иного процесса в зависимости от значений одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает на изучаемый процесс заметное влияние), называется кривой толерантности (рис. 1).

       Начинается она с тех значений, которые организм может хоть как-то выдерживать, оставаясь живым. За пределами этих значений жизнь невозможна. По мере приближения значений к оптимальным, наиболее подходящим для данного организма, условия его существования становятся все лучше и лучше. Но все же до какого-то предела они остаются неблагоприятными, стрессирующими. Наконец, существует диапазон значений, в которых организм чувствует себя лучше всего. Это оптимальные условия существования. Вывешивается плакат: «Возможность обитания вида определяется как минимальными, так и максимальными значениями любого из значимых факторов среды. (Закон толерантности В.Шелфорда, 1915 г.)» Кривая толерантности почти всегда имеет форму колокола. Но она может быть крутой или пологой – в зависимости от того, в каком диапазоне значений фактора может существовать организм (рис. 1).

       Если кривая оказывается пологой (рис. 2), это означает, что диапазон достаточно широк. Организмы, приспособившиеся существовать в широком диапазоне внешних условий, называются эврибионтными организмами, или эврибионтами.

       Если же изгиб кривой крутой (рис. 3), это означает, что диапазон значений фактора, при которых может существовать организм, узкий. Организмы, обитающие в узком диапазоне фактора, называются стенобионтными организмами, или стенобионтами. Например, окунь – эврибионт, его можно встретить в самых разных водоемах: в теплых и холодных, в стоячих и текущих. А вот форель – стенобионтный организм. Она живет только в холодных ручьях и реках, вода в которых богата кислородом.

       Иногда и сам диапазон значений фактора, к которому приспособлен какой-то организм, может меняться. На рис. 4 показаны кривые толерантности медуз одного вида, живущих в северных и южных морях. Медузы передвигаются за счет ритмических сокращений колокола. Оптимальная скорость пульсации – 15–20 сокращений в минуту. Особи, живущие в морях северных широт, передвигаются с такой же скоростью, как и медузы в южных морях, хотя температура воды на севере может быть на 20 °С ниже.

      Часто бывает, что из многих факторов, действующих на организм, значения лишь одного оказываются стрессирующими или невыносимыми. Однако этого оказывается достаточно, чтобы ограничить возможность существования, – пусть даже значения всех остальных факторов близки к оптимальным. Такой фактор называют ограничивающим. Например, для пустынных растений ограничивающим фактором будет возможность получать влагу, а для растений тундры – температура.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ГРУППЫ ФАКТОРОВ

ФАКТОРЫ

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМЫ И АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ К ФАКТОРАМ

Абиотические факторы - совокупность условий неорганической природы: свет, температура, влажность, соленость почвы и воды, рельеф местности, давление, атмосферные газы и др.

Свет - интенсивность и качество солнечной энергии (инфракрасные, видимые и ульрафиолетовые лучи).

Используется растениями для фотосинтеза, а животными - для ориентировки в пространстве в поисках пищи, партнеров и т.п. Фотопериодизм - реакция растений и животных на соотношение светлого и темного периодов суток, контролирует бутонизацию, цветение, листопад у растений. У животных - брачный период, миграцию, спячку и т.п. На основе фотопериодизма вырабатываются биоритмы (годичные или сезонные, суточные).

Влажность - содержание воды в воздухе, почве и живых организмах. Все живые организмы на 80 % состоят из воды.

По отношению к влаге различают растения: гидрофиты (водные) - ряска, аир; мезофиты (развивающиеся в нормальных условиях) - ландыш; ксерофиты (живущие в засушливых условиях) - кактусы; животные: первичноводные (рыбы), вторичноводные (киты), полуводно-полуназемные (лягушки, крокодилы), наземно-воздушные (зайцы, волки); недостаток воды животные переживают в состоянии анабиоза (летний сон у сурков), либо запасают жировую ткань (горбы у верблюдов); к недостатку воды растения приспосабливаются, уменьшая транспирацию листьями (колючки у кактусов) и поглощая воду с большой глубины (корень саксаула).

Температура - среднемесячные летние и зимние значения колебаний температуры воздуха, воды и т.д.

Влияет на скорость биохимических процессов, протекающих в живых организмах; организмы существуют в диапазоне температур в среднем от -50оС до +50оС; у растений существуют биохимические адаптации, лежащие в основе акклиматизации - изменения пределов выносливости к температуре; у животных существуют физиологические адаптации (гомойотермные - теплокровные звери и птицы, пойкилотермные - холоднокровные рыбы, амфибии и рептилии), поведенческие адаптации (образование зимующих колоний у пингвинов) и морфологические приспособления (более крупные размеры тела, густой мех или перьевой покров, отложение подкожного жира и др.).

Биотические факторы - совокупность взаимодействия различных групп живых организмов между собой и со средой обитания.

Взаимодействие растений друг с другом и со средой обитания.

Конкуренция между растениями одного вида, приводящая к самоизреживанию растений в популяциях; конкуренция сорных растений с культурными за свет, влагу и т.п.; растения поддерживают газовый состав атмосферы (О2 - результат фотосинтеза).

Взаимодействие животных и растений

Травоядные животные, питаясь растениями, замедляют их рост (гусеницы бабочек и др.), пчелы, шмели, осы опыляют растения и кормятся нектаром; некоторые растения распространяют свои плоды и семена с помощью животных (плоды рябины - дрозды, орехи - белки); насекомоядные растения питаются животными (росянка, венерина мухоловка).

Взаимодействие животных друг с другом и со средой обитания

См. таблицу "Биоценотические взаимоотношения между организмами"

Взаимодействие грибов, бактерий, вирусов с растениями, животными и со средой обитания

Симбиотические бактерии обеспечивают растения и животных витаминами и элементами питания; болезнетворные микроорганизмы, паразитирующие в растениях и животных, могут вызвать их гибель; почвенные бактерии и грибы образуют плодородный слой почвы и обеспечивают круговорот веществ в экосистемах

Антропогенные факторы - совокупность воздействий человека и его хозяйственной деятельности на среду обитания и живые организмы

Положительные воздействия

Разумное преобразование окружающей среды: посадка лесов, парков и садов; создание (селекция) новых сортов растений и пород домашних животных; организация охраняемых природных территорий (заказников, заповедников, национальных парков и т.п.); сохранение уникальных природных объектов

Отрицательные воздействия

Вырубка лесов, осушение болот, строительство промышленных сооружений, выброс в природную среду производственных и бытовых отходов; извлечение невосполняемых природных земных ресурсов (нефть, газ, уголь и др.); уничтожение видов промысловых животных в результате охоты, вытаптывание растений в результате туризма, сбор лекарственного сырья, грибов и т.п.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химик-органик Юстас Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.

      В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либиха американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно закону толерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.

      Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.

      Принцип лимитирующих факторов справедлив для всех типов живых организмов - растений, животных, микроорганизмов и относится как к абиотическим, так и к биотическим факторам. Например, лимитирующим фактором для развития организмов данного вида может стать конкуренция со стороны другого вида. В земледелии лимитирующим фактором часто становятся вредители, сорняки, а для некоторых растений лимитирующим фактором развития становится недостаток (или отсутствие) представителей другого вида. Например, в Калифорнию из средиземноморья завезли новый вид инжира, но он не плодоносил, пока оттуда же не завезли единственный для него вид пчел-опылителей.

       В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.

      Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври", например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными. Неспособность переносить значительные колебания факторов или низкая экологическая валентность характеризуется приставкой "стено", например, стенотермные животные. Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах и могут оказаться гибельными для стенотермных.

     Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибионтными.

     Предел толерантности организма изменяется при переходе из одной стадии развития в другую. Часто молодые организмы оказываются более уязвимыми и более требовательными к условиям среды, чем взрослые особи. Наиболее критическим с точки зрения воздействия разных факторов является период размножения: в этот период многие факторы становятся лимитирующими. Экологическая валентность для размножающихся особей, семян, эмбрионов, личинок, яиц обычно уже, чем для взрослых неразмножающихся растений или животных того же вида. Например, многие морские животные могут переносить солоноватую или пресную воду с высоким содержанием хлоридов, поэтому они часто заходят в реки вверх по течению. Но их личинки не могут жить в таких водах, так что вид не может размножаться в реке и не обосновывается здесь на постоянное местообитание. Многие птицы летят выводить птенцов в места с более теплым климатом и т.п.

       До сих пор речь шла о пределе толерантности живого организма по отношению к одному фактору, но в природе все экологические факторы действуют совместно.

       Оптимальная зона и пределы выносливости организма по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия экологических факторов. Например, известно, что жару легче переносить при сухом, а не влажном воздухе; угроза замерзания значительно выше при низкой температуре с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Для роста растений необходим, в частности, такой элемент, как цинк, именно он часто оказывается лимитирующим фактором. Но для растений, растущих в тени, потребность в нем меньше, чем для находящихся на солнце. Происходит так называемая компенсация действия факторов.

      Однако взаимная компенсация имеет определенные пределы и полностью заменить один из факторов другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из необходимых элементов минерального питания делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Отсюда следует вывод, что все условия среды, необходимые для поддержания жизни, играют равную роль и любой фактор может ограничивать возможности существования организмов - это закон равнозначности всех условий жизни.

     Известно, что каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Условия, оптимальные для одних процессов, например для роста организма, могут оказаться зоной угнетения для других, например для размножения, и выходить за пределы толерантности, то есть приводить к гибели, для третьих. Поэтому жизненный цикл, в соответствии с которым организм в определенные периоды осуществляет преимущественно те или иные функции - питание, рост, размножение, расселение, - всегда согласован с сезонными изменениями факторов среды, как например, с сезонностью в мире растений, обусловленной сменой времен года.

    "Законы" Коммонера  сформулированы в начале 70-х годов XX в.:

Первый закон. Все связано со всем. Это закон об экосистемах и биосфере, обращающий внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе. Он призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.                                               Второй закон. Все должно куда-то деваться. Это закон о хозяйственной деятельности человека, отходы от которых неизбежны, и потому необходимо думать как об уменьшении их количества, так и о последующем их использовании.
 
Третий закон. Природа "знает" лучше. Это закон разумного, сознательного природопользования. Нельзя забывать, что человек - тоже биологический вид, что он - часть природы, а не ее властелин. Это означает, что нельзя пытаться покорить природу, а нужно сотрудничать с ней. Пока мы не имеем полной информации о механизмах и функциях природы, а без точного знания последствий пре-образования природы недопустимы никакие ее "улучшения".
Четвертый закон. Ничто не дается даром. Это закон рационального природопользования. "...Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения". Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая, санаториями и лекарствами - за ухудшение здоровья человека и т д.

    Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид живого возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ней и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде. Резкое и быстрое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям. На этом, в частности, основана одна из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся с резким изменением абиотических условий на планете: крупные организмы менее изменчивы, чем мелкие, поэтому для адаптации им нужно гораздо больше времени. В связи с этим коренные преобразования природы опасны для ныне существующих видов, в том числе и для самого человека.

       Среди абиотических факторов, действующих на живые организмы, важнейшими являются:

  •  климатические (свет, температура, влажность и их производные), имеющие универсальное значение;
  •  почвенные, важные для обитающих в почве организмов;
  •  факторы водной среды, играющие решающую роль в жизни водных обитателей;
  •  факторы рельефа (орографические).

Климатические факторы

     К их числу можно отнести: количество света, падающего на землю, температура и влажность окружающей среды, фотопериодичность, ветровой режим, давление воздуха, газовый состав атмосферы.

Рассмотрим более подробно только два первых параметра – свет и температура.

Свет

     Всем живым организмам для существования необходима энергия, поступающая извне. Ее основной источник - энергия солнечного излучения. Свет – это электромагнитное излучение.

      В жизни растении свет играет большую роль, т.к. нужен для образования хлорофилла, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, влияет на газообмен и транспирацию (испарение воды листьями растений). Хлорофиллоносные растения и некоторые бактерии являются единственными организмами, способными синтезировать органическое вещество из воды, минеральных солей и углекислого газа при помощи лучистой энергии, которую они превращают в химическую.

По отношению к свету как экологическому фактору, растения можно разделить:

а) светолюбивые (гелиофиты) растения – обитают на открытых местностях с хорошим и полным солнечным освещением, они с трудом переносят даже  незначительное затемнение.

     Типичными представителями являются растения открытых местообитаний; пшеница, сосна, и др. Цветы таких светолюбивых растений, как подсолнечник, череда поворачиваются за солнцем.

б) тенелюбивые (сциофиты) растения произрастают только в затененных местах, – не выносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени (это в основном лесные травы, папоротники, мхи). На вырубках при сильном освещении они часто погибают.

в) теневыносимые (гелиофиты) растения, которые характеризуются широкой экологической амплитудой по отношению к световому фактору. Сюда можно отнести ряд древесных пород, большинство видов кустарников и травянистых растений лесной зоны; ель, клен, калина.

      В жизни животных свет играет важную роль и является необходимым условием ориентации в пространстве. Уже у простейших это светочувствительные органеллы, у кишечно-полостных это светочувствительные органы – глаза, имеющие то или иное строение.

Среди высших животных различают дневные, ночные и сумеречные виды.

       Свет имеет для животных в основном информационное значение, помогает ориентироваться не только в окружающем пространстве, но и во времени, а также служит сигналом о предстоящих сезонных изменениях среды.

Температура

       Одним из наиболее важных факторов окружающей среды является температура, от которого зависит температура организмов и, следовательно, жизнь организмов. Границы жизни – это температура в среднем от 0° до 50° С. Однако, целый ряд организмов приспособлен к активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные пределы:

а) криофилы – они могут сохранять активность при температуре до - 10° С. Организмы, обитающие в условиях низких температур: тундре, высокогорьях, холодных морях и т.д.;

б) термофилы – они приурочены к области высоких температур. Это микроорганизмы, встречающиеся в горячих источниках.

      Существенную экологическую проблему для организмов представляет нестабильность, изменчивость температур окружающей среды. В ходе эволюции у живых организмов вырабатывались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях температуры среды. Это достигается двумя путями: различными биохимическими перестройками и поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура окружающей среды.

Биохимические перестройки, по-видимому, сложны и опасны для организмов.

      Способность организмов сохранять температуру тела постоянной при изменении внешних условий называется терморегуляцией.

      У групп высокоорганизованных животных (млекопитающие, птицы) на основе выработки собственного тепла тела развилась способность поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры окружающей среды их называют:

а) гомойотермными организмами – они всегда функционируют только в узком диапазоне температур.

      Работа механизмов терморегуляции требует больших энергозатрат, что требует усиленного питания и постоянной активности.

     Другие группы организмов, не имеющих приспособлений, позволяющих удерживать образующее тепло, называют: -

б) пойкилотермными организмами – они функционируют в широком диапазоне температур. К ним можно отнести все микроорганизмы, растения и беспозвоночных животных.

     Температурный фактор имеет важное значение в распределении живых организмов на земле, обусловливая заселенность ими разных природных зон.

Почвенные факторы

    Почва как абиотический фактор определяется физико-химическими свойствами – кислотностью, содержанием солей и питательных веществ, механическим составом, степенью аэрации и др.

    Кислотность почвы выражается концентрацией водородных ионов (рН). Каждый вид растений и животных существуют при определенной амплитуде рН и имеет свой оптимум этой величины (например, дождевые черви рН=4.4, и т.д.).

    Влажность почвы зависит от режима дождей и физико-химических характеристик почвы. Фауна почвы, как правило, не переносит слишком большой сухости, однако и слишком высокое содержание воды в почве убивает личинки насекомых.

    Почва так же содержит разное количество газообразных компонентов – почвенный воздух.

    Воздух в почвенном пахотном слое высотой 25 см обменивается с атмосферой каждый час.

    Минеральные вещества, необходимые для питания растений, находятся в почве в виде растворенных в воде ионов. В почве можно обнаружить свыше 40 различных элементов. Содержатся в почве и органические вещества, образующиеся при разложении мертвых растений и животных. С увеличением глубины содержание этих веществ падает.

    Механический состав почв определяется соотношением твердых частиц различных размеров. В зависимости от содержания песчаных и глинистых частиц различают виды почв. Механический состав играет большую роль при заселении почв.

     Хотя наземные почвенные условия определяются, в основном климатическими факторами, однако существует ряд особенностей:

  •  в почве царит полная темнота;
  •  с увеличением глубины колебание температуры становится менее значительным;
  •  по мере погружения в почву содержание кислорода в ней уменьшается, а углекислого газа – увеличивается.

Факторы водной среды

    К факторам водной среды относятся физико-химические свойства воды, которые накладывают глубокий отпечаток на строение и жизнедеятельность населяющих ее организмов.

     Большое значение для сохранения и поддержания жизнедеятельности водных организмов имеет значение особое свойство воды: при 4° С лед образуется только на поверхности водоемов, защищая придонный слой воды от замерзания. Высокая теплота плавления льда обеспечивает постепенное замерзание водоемов, а также таяние снега, льда и ледников. Благодаря этому свойству воды на планете сезонные (температурные) переходы происходят плавно. Вода является идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия организмов, что объясняется ее удельной теплоемкостью и наибольшей для жидкостей теплопроводностью.

     К числу биологически значимых свойств воды следует отнести высокое поверхностное натяжение, с которым связана значительная сила сцепления ее молекул (капиллярности). Благодаря этому свойству осуществляется передвижение воды и ее растворов по стеблю растения, адсорбционные процессы в корневых системах, системах пищеварения, дыхания и движения.

     В экологическом плане вода уникальна и незаменима как источник газообразного кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза. Кислород мало растворим в пресной воде и еще меньше в соленой. С увеличением температуры растворимость кислорода уменьшается, и дыхание организмов в теплых водах становится затруднительным. В морях тропического пояса очень мало птиц, т.к. воды бедны живыми организмами. Наоборот, в полярных водах содержится много кислорода и наблюдается иная картина: масса морских птиц и обилие планктона, которым кормится огромное количество видов животных..

    Углекислый газ хорошо растворим в воде, поэтому основным вместилищем СО2 являются океаны. Он необходим водным растениям для осуществления процессов фотосинтеза.

Остальные газы содержатся в воде в небольших количествах.

    Вода всегда содержит соли: это хлориды (натрия, магния, калия), сульфаты (магния, кальция), карбонаты (кальция).

Факторы рельефа (орографические факторы)

     По форме рельефа различают: макрорельефы (горы, низменности, долины), мезорельефы (холмы, овраги), микрорельефы (мелкие углубления, выбросы земли роющих животных).

     Макрорельефы влияют на распределение типов растительности в крупных географических масштабах. Примером может служить вертикальная зональность гор.

    Элементы мезорельефа влияют на перераспределение зональных экологических факторов, особенно в местностях, где они близки к минимуму. Пример, в умеренной зоне северные склоны мезорельефа заняты лесами, а на южных преобладает степной тип растительности с менее богатым видовым составом.

    Микрорельеф проявляет свое экологическое влияние в определенных ситуациях. Происхождение его либо связано с деятельностью растений (кочки), человека (канавы, насыпи), либо имеют зоогенный характер (земляные выбросы роющих животных).

     Человек, для того чтобы выжить во все более быстро изменяющихся условиях окружающей его среды, должен уметь приспо- сабливаться к этим изменениям. Природа наделила его такими возможностями. Все представители вида Homo sapiens способны проявлять необходимую пластичность реакций в ответ на изменение внешней среды - приспособляемость. Приспособляемость выработалась в ходе эволюции. Процессы и явления активного приспособления человека к окружающей среде, жизнедеятельности, а также обусловленные ими изменения в организме называют адаптацией. Физиологическая адаптация - это устойчивый уровень активности и взаимосвязи функциональных систем, органов и тканей, а также механизмов управления. Он обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма и трудовую активность человека в новых условиях существования, способность к воспроизведению здорового потомства. Для всякого организма существует оптимальная эндогенная и экзогенная, то есть внутренняя и внешняя, экологическая среда, причем среда обитания не только с оптимальными характеристиками физических условий, но и с конкретными социальными ус-ловиями.

     Цель и значение адаптации состоит в сохранении биологического гомеостаза. Гомеостаз включает в себя два взаимосвязанных процесса - достижение устойчивого равновесия и саморегуляцию. В физиологическом смысле его следует рассматривать как сохранение того постоянства внутриклеточных условий, которое необходимо для жизни организма. Начиная с момента рождения, организм внезапно попадает в совершенно новые для него условия и вынужден приспособить к ним деятельность всех своих органов и систем. В ходе индивидуального развития факторы, действующие на организм, непрерывно видоизменяются, что требует постоянных функциональных перестроек. Процесс приспособления организма к общеприродным - климато-географическим, а также к производственным и социальным условиям представляет собой универсальное явление. Под адаптацией понимают все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются определенными физиологическими реакциями, происходящими на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

      В ходе эволюционного процесса у человека возникла генетически детерминированная биологическая адаптированность. Она наследственно закреплена в стереотипе морфофизиологических реакций (генотипическая адаптация). Комплекс видовых наследственных признаков - генотип - становится исходным пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемого в процессе жизни каждого человека, - индивидуальной или фенотипической адаптации. Она формируется в процессе взаимодействия конкретного организма с окружающей его средой обитания и обеспечивается специфическими для этой среды структурными морфофункциональными изменениями. Генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность эффективной целенаправленной реализации жизненно необходимых адаптационных реакций под влиянием среды обитания. Это обеспечивает экономное, направляемое средой расходование энергетических и структурных ресурсов организма, а также способствует формированию фенотипа. Каждое новое поколение адаптируется заново к широкому спектру иногда совершенно новых факторов, требующих выработки новых специализированных реакций. К такому виду адаптаций обычно относят акклиматизацию - негенетическую биосоциальную адаптацию к сложному комплексу условий внешней среды, центральное место в котором занимает климатический фактор. Адаптация такого типа, как правило, сопровождается только кратковременными сдвигами физиологических показателей. Во взаимосвязях с окружающей средой человек выступает одновременно и как биологический индивид, и как социальная личность. Как социальная личность человек обладает внебиологической формой приспособления к внешней среде. Она заключается в том, что человек не столько приспосабливается к среде обитания, сколько приспосабливает ее к себе, изменяя и создавая новые свойства среды в соответствии со своими потребностями. Функцию такого рода приспособительного отношения человека к окружающей среде выполняет материальное производство, конечной целью которого выступает обеспечение и поддержание жизни человеческого общества. Внебиологическая адаптация человека проявляется как в материальной, так и в духовной сферах. Формы проявления ее многообразны и включают различные направления человеческой деятельности. Особенно активна и многообразна производственно-адаптирующая деятельность. Она может быть направлена как на изоляцию человека от природной среды, неблагоприятной для него по каким-либо параметрам, так и на ее преобразование, создание новых свойств среды. Изоляция от природной среды осуществляется различными путями: с помощью одежды, питания, инженерных сооружений. Важной формой социальной адаптации выступают системы организации здравоохранения, правового законодательства, социального обеспечения. Хотя производственная деятельность в основном имеет адаптивный характер, это ее свойство проявляется не всегда однозначно. При любом из направлений деятельности человека по приспособлению среды может иметь место как ее улучшение (например, оздоровление болотистых территорий), так и ее ухудшение (например, загрязнение среды в местах интенсивного промышленного развития), что находит выражение в изменениях состояния здоровья человека. К особенностям адаптации человека относится сочетание развития физиологических адаптивных свойств организма с искусственными способами, преобразующими среду в его интересах. Однако искусственные мероприятия не всегда абсолютно позитивны. Так, например, в наш век санитарно-гигиенические мероприятия становятся столь эффективными, что встреча организма с патогенным микроорганизмом перестает быть повседневным явлением и он не вырабатывает иммунитет, как в прежние времена. Другим примером подобного рода может служить искусственная иммунизация. Получение вакцин и сывороток человеком извне приводит к детренированности его собственных иммунологических механизмов. Создание температурного комфорта в помещении, одежда, защищающая от холода и перегревания, снижают возможности естественной терморегуляции. Эти примеры позволяют говорить о том, что достижения науки и техники, помогая человеку преодолевать сложные, требующие приспособления ситуации, в то же время ослабляют защитные силы и адаптационные механизмы человека. Их необходимо по возможности тренировать.

Различают три типа приспособительного поведения живых организмов: бегство от неблагоприятного раздражителя, пассивное подчинение ему и, наконец, активное противодействие за счет развития специфических адаптивных реакций, или активную адаптацию. Биологический смысл активной адаптации состоит в установлении и поддержании гомеостаза, то есть динамического постоянства состава внутренней среды и показателей деятельности различных систем организма, что обеспечивается определенными регуляторными механизмами. Как только окружающая среда или какие-либо существенные ее компоненты изменяются, организм вынужден менять и некоторые константы своих функций. Происходит перестройка гомеостаза, адекватная конкретным условиям среды, что и служит основой адаптации. Адаптацию можно представить себе как длинную цепь реакций различных систем, из которых одни должны видоизменять свою деятельность, а другие регулировать эти изменения. Поскольку основой основ жизни является обмен веществ, адаптация должна реализовываться через приспособительное изменение метаболизма и поддержание такого его уровня, который соответствует новым условиям. Процесс изменения метаболизма относительно инертный, поэтому на первой (аварийной) фазе адаптации ему предшествуют изменения в системах организма, имеющих посредническое, служебное значение. К ним относятся кровообращение и дыхание. Эти функции первыми включаются в реакции, вызываемые действием внешних факторов, а управляет ими центральная нервная система с широким вовлечением гормонов мозгового вещества. В аварийной фазе реакции организма неэкономичны и часто превышают необходимый для данных условий уровень. Управление со стороны центральной нервной системы недостаточно синхронизировано. Процесс адаптации носит как бы поисковый характер и протекает на фоне повышенной, чаще отрицательной, эмоциональности.

Вторая фаза является переходной к устойчивой адаптации. Она характеризуется уменьшением общей возбудимости центральной нервной системы, формированием функциональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям. Снижается интенсивность гормональных сдвигов, постепенно выключается ряд систем и органов, первоначально вовлеченных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий тканевый уровень. Гормональный фон видоизменяется, усиливают свое действие гормоны коры надпочечников - гормоны адаптации.

     Вслед за переходной фазой наступает третья фаза - фаза устойчивой адаптации. Она и является собственно адаптацией - приспособлением - и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых клеточных мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем, которые при этом могут функционировать практически в исходном режиме, тогда как тканевые процессы активизируются, обеспечивая гомеостазис, адекватный новым условиям существования. Основными особенностями этой фазы являются: мобилизация энергетических ресурсов, повышенный синтез структурных и ферментативных белков, мобилизация иммунных систем. В третьей фазе организм приобретает неспецифическую и специфическую резистентность - устойчивость организма. Управляющие механизмы в ходе третьей фазы скоординированы. Их проявления сведены к минимуму. Однако в целом и эта фаза требует напряженного управления, что и обусловливает невозможность ее бесконечного протекания. Несмотря на экономичность - выключение "лишних" реакций, а следовательно, и излишней затраты энергии, - переключение реактивности организма на новый уровень не дается организму даром, а протекает при определенном напряжении управляющих систем. Это напряжение принято называть ценой адаптации. Любая активность в адаптируемом к той или иной ситуации организме обходится ему много дороже, чем в нормальных условиях.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48288. Компьютерный анализ и синтез электронных устройств 2.33 MB
  Рассмотрена методика моделирования электронных устройств при помощи программ схемотехнического анализа и особенности использования для этой цели пакетов MicroCPVII VIII. В нем приведены также примеры моделирования электронных устройств различного класса включая и цифровые схемы. Схемотехническое моделирование с помощью MicroCP 7. Система моделирования MicroCp 6.
48289. Анализ деятельности торговых предприятий 183 KB
  Анализ ликвидности банка. Общая оценка факторов прибыльности банка; Анализ основных коэффициентов эффективности деятельности банка. Экономические нормативы регулирования деятельности банка
48290. Сущность маркетинга и его современная концепция 1.04 MB
  Главной проблемой стала постоянная организация продвижения товара на рынок. Котлеру существуют следующие альтернативные концепции на основе которых коммерческие и некоммерческие организации осуществляют маркетинговую деятельность: концепция производства концепция товара сбытовая концепция традиционная маркетинговая концепция а также предложенная в 80 х годах шведскими учеными концепция маркетинга отношений рис. Дело в том что от тоталитарной экономической системы которая опиралась на отрицание любого рыночного отношения в стране...
48291. ЗВІТНІСТЬ ПІДПРИЄМСТВА 27 KB
  Облік і аудит заочної форми навчання і слухачів другої вищої освіти спеціальності 7.050106 – Облік і аудит Харків ХНАМГ 2012 Конспект лекцій з дисципліни Звітність підприємства для студентів 5 курсу за напрямом підготовки 6.030509 Облік і аудит заочної форми навчання і слухачів другої вищої освітиспеціальності 7.050106 – Облік і аудит А.
48292. Множества. Число элементов множества. Подмножество 3.84 MB
  Подмножество. Задачи: образовательные: познакомить детей с понятиями множество элемент множества подмножество; научить определять число элементов множества; учить определять принадлежность элементов к заданному множеству. И сегодня мы познакомимся с понятием множество. Определение понятия множество.
48293. Теория финансов 453.62 KB
  Объектом финансовых отношений является валовой внутренний продукт то есть стоимость товаров и услуг изготовленных субъектами экономических отношений в сфере материального и невещественного производства за определенный период времени. Субъектами финансовых отношений выступают: государство; юридические лица; физические лица. Контрольная функция финансов предопределяется объективно присущей им способностью количественно отображать движение финансовых потоков и обеспечивать контроль за соблюдением пропорций в распределении валового...
48295. Русский язык. Грамматическое учение о слове 37.5 KB
  Смысловая структура слова. Понимание категории слова и содержание категории слова исторически менялись. Структура слова неоднородна в языках разных систем и на разных стадиях развития языка. Лингвисты избегают давать определение слова или исчерпывающее описание его структуры ограничиваясь лишь описанием некоторых внешних фонетических или внутренних грамматических или лексикосемантических признаков слова.
48296. ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА 2.28 MB
  В пособии рассматриваются в последовательном порядке различные состояние электромагнитного поля и его различные физические проявления в стационарных и нестационарных условиях а так же его релятивизм. Взаимодействие электромагнитного поля с веществом рассмотрено как взаимодействие с частицами и как взаимодействие со сплошной средой. Состояние самого электромагнитного поля и важнейшие особенности его взаимодействия с веществом рассматриваются в пособии на основе фундаментальных законов главным образом на основе уравнений Максвелла и законов...