недостаток кислорода ограничивает распространение жизни в

Глава 4. Основные среды жизни и адаптации к ним организмов

4.2. Наземно-воздушная среда жизни

4.2.1. Воздух как экологический фактор для наземных организмов

Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело: растения – разнообразными механическими тканями, животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим скелетом. Кроме того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе невозможна.

Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями (рис. 43), многие животные способны к активному полету, однако у всех этих видов основная функция их жизненного цикла – размножение – осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.

Рис. 43. Распределение членистоногих воздушного планктона по высоте (по Дажо, 1975)

Малая плотность воздуха обусловливает низкую сопротивляемость передвижению. Поэтому многие наземные животные использовали в ходе эволюции экологические выгоды этого свойства воздушной среды, приобретя способность к полету. К активному полету способны 75 % видов всех наземных животных, преимущественно насекомые и птицы, но встречаются летуны и среди млекопитающих и рептилий. Летают наземные животные в основном с помощью мускульных усилий, но некоторые могут и планировать за счет воздушных течений.

Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы вертикальным и горизонтальным передвижениям воздушных масс возможен пассивный полет ряда организмов.

Анемофилия – древнейший способ опыления растений. Ветром опыляются все голосеменные, а среди покрытосеменных анемофильные растения составляют примерно 10 % всех видов.

Анемофилия наблюдается в семействах буковых, березовых, ореховых, вязовых, коноплевых, крапивных, казуариновых, маревых, осоковых, злаков, пальм и во многих других. Ветроопыляемые растения имеют целый ряд приспособлений, улучшающих аэродинамические свойства их пыльцы, а также морфологические и биологические особенности, обеспечивающие эффективность опыления.

Жизнь многих растений полностью зависит от ветра, и расселение совершается с его помощью. Такая двойная зависимость наблюдается у елей, сосен, тополей, берез, вязов, ясеней, пушиц, рогозов, саксаулов, джузгунов и др.

У многих видов развита анемохория– расселение с помощью воздушных потоков. Анемохория характерна для спор, семян и плодов растений, цист простейших, мелких насекомых, пауков и т. п. Пассивно переносимые потоками воздуха организмы получили в совокупности название аэропланктона по аналогии с планктонными обитателями водной среды. Специальные адаптации для пассивного полета – очень мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, сильного расчленения, большой относительной поверхности крыльев, использование паутины и т. п. (рис. 44). Анемохорные семена и плоды растений обладают также либо очень мелкими размерами (например, семена орхидей), либо разнообразными крыловидными и парашютовидными придатками, увеличивающими их способность к планированию (рис. 45).

Рис. 44. Приспособления к переносу воздушными потоками у насекомых:

1– комарик Cardiocrepis brevirostris;

2– галлица Porrycordila sp.;

3– перепончатокрылое Anargus fuscus;

4– хермес Dreyfusia nordmannianae;

5– личинка непарного шелкопряда Lymantria dispar

Рис. 45. Приспособления к переносу ветром у плодов и семян растений:

1– липа Tilia intermedia;

2– клен Acer monspessulanum;

3– береза Betula pendula;

4– пушица Eriophorum;

5– одуванчик Taraxacum officinale;

6– рогоз Typha scuttbeworhii

В расселении микроорганизмов, животных и растений основную роль играют вертикальные конвекционные потоки воздуха и слабые ветры. Сильные ветры, бури и ураганы также оказывают существенное экологическое воздействие на наземные организмы.

Малая плотность воздуха обусловливает сравнительно низкое давление на суше. В норме оно равно 760 мм рт. ст. С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается. На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое давление может ограничивать распространение видов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно таковы же пределы продвижения в горы высших растений. Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности.

В целом все наземные организмы гораздо более стенобатны, чем водные, так как обычные колебания давления в окружающей их среде составляют доли атмосферы и даже для поднимающихся на большую высоту птиц не превышают 1 /₃ нормального.

Газовый состав воздуха. Кроме физических свойств воздушной среды, для существования наземных организмов чрезвычайно важны ее химические особенности. Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 78,1 %, кислород – 21,0, аргон – 0,9, углекислый газ – 0,035 % по объему) благодаря высокой диффузионной способности газов и постоянному перемешиванию конвекционными и ветровыми потоками. Однако различные примеси газообразных, капельно-жидких и твердых (пылевых) частиц, попадающих в атмосферу из локальных источников, могут иметь существенное экологическое значение.

Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ у наземных организмов по сравнению с первично-водными. Именно в наземной обстановке, на базе высокой эффективности окислительных процессов в организме, возникла гомойотермия животных. Кислород, из-за постоянно высокого его содержания в воздухе, не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде. Лишь местами, в специфических условиях, создается временный его дефицит, например в скоплениях разлагающихся растительных остатков, запасах зерна, муки и т. п.

Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. Например, при отсутствии ветра в центре больших городов концентрация его возрастает в десятки раз. Закономерны суточные изменения содержания углекислоты в приземных слоях, связанные с ритмом фотосинтеза растений. Сезонные обусловлены изменениями интенсивности дыхания живых организмов, преимущественно микроскопического населения почв. Повышенное насыщение воздуха углекислым газом возникает в зонах вулканической активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа. В высоких концентрациях углекислый газ токсичен. В природе такие концентрации встречаются редко.

В природе основным источником углекислоты является так называемое почвенное дыхание. Почвенные микроорганизмы и животные дышат очень интенсивно. Углекислый газ диффундирует из почвы в атмосферу, особенно энергично во время дождя. Много его выделяют почвы умеренно влажные, хорошо прогреваемые, богатые органическими остатками. Например, почва букового леса выделяет СО₂ от 15 до 22 кг/га в час, а неудобренная песчаная всего 2 кг/га.

В современных условиях мощным источником поступления дополнительных количеств СО₂ в атмосферу стала деятельность человека по сжиганию ископаемых запасов топлива.

Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фотосинтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, увеличив концентрацию углекислого газа; этим пользуются в практике тепличного и оранжерейного хозяйства. Однако излишние количества СО₂ приводят к отравлению растений.

Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды представляет инертный газ, но ряд прокариотических организмов (клубеньковые бактерии, азотобактер, клостридии, сине-зеленые водоросли и др.) обладает способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.

Рис. 46. Склон горы с уничтоженной растительностью из-за выбросов сернистого газа окрестными промышленными предприятиями

Местные примеси, поступающие в воздух, также могут существенно влиять на живые организмы. Это особенно относится к ядовитым газообразным веществам – метану, оксиду серы, оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду, соединениям хлора, а также к частицам пыли, сажи и т. п., засоряющим воздух в промышленных районах. Основной современный источник химического и физического загрязнения атмосферы антропогенный: работа различных промышленных предприятий и транспорта, эрозия почв и т. п. Оксид серы (SО₂), например, ядовит для растений даже в концентрациях от одной пятидесятитысячной до одной миллионной от объема воздуха. Вокруг промышленных центров, загрязняющих атмосферу этим газом, погибает почти вся растительность (рис. 46). Некоторые виды растений особо чувствительны к SО₂ и служат чутким индикатором его накопления в воздухе. Например, многие лишайники погибают даже при следах оксида серы в окружающей атмосфере. Присутствие их в лесах вокруг крупных городов свидетельствует о высокой чистоте воздуха. Устойчивость растений к примесям в воздушной среде учитывают при подборе видов для озеленения населенных пунктов. Чувствительны к задымлению, например, обыкновенная ель и сосна, клен, липа, береза. Наиболее устойчивы туя, тополь канадский, клен американский, бузина и некоторые другие.

Источник

Недостаток кислорода: миф или реальность?

Особенно когда так непросто отличить реальные угрозы от «климатического» прикрытия политических или экономических интересов отдельных стран или политических деятелей. Великобритания как Председатель «Восьмерки» избрала проблему климата главным приоритетом предстоящей в Шотландии встречи мировых лидеров. Это не удивительно, последние расчеты ученых показывают, что изменение климата в ближайшие сто-двести лет может серьезно ослабить теплое Североатлантическое течение и климат Лондона станет намного холоднее.

Но сложность проблемы порождает и мифы, причем очень устойчивые. В стенах Государственной Думы, на многих форумах и в солидных статьях не раз звучали фразы, что Россия мировой донор кислорода и нужен не Киотский протокол, а совсем другое соглашение о квотах и торговле кислородом. На первый взгляд, все понятно, еще в школе нас учили: «леса – легкие планеты», а леса России занимают огромную территорию. Раз в атмосфере намного больше CO₂, то меньше О2, так давайте же действовать, нам скоро будет нечем дышать… К счастью, это совершенно неверно.

Чтобы разобраться с подобными вопросами WWF России совместно с Российским региональным экологическим центром и рядом других неправительственных организаций начали специальный проект по информированию общественности. Проект финансируется британским Фондом глобальных инициатив и включает издание просветительских материалов и проведение семинаров во всех Федеральных округах России. Первый семинар пройдет 23 июня в Екатеринбурге.

Что же касается кислорода, то один из первых образовательных материалов посвящен именно этому вопросу. Доктор биологических наук Д.Г. Замолодчиков подготовил специальный доклад, где всесторонне рассматривается проблема кислорода и делается четкий вывод – проблемы нет! Конечно, больше CO₂ – меньше О2, но кислорода в атмосфере настолько много, что даже многократное увеличение концентрации CO₂ не скажется на кислороде.

Экосистемы в настоящее время компенсируют всего 13% от антропогенного потребления кислорода при сжигании ископаемого топлива. И Россия, и промышленные страны западного мира, и бурно развивающиеся Китай и страны Юго-Восточной Азии используют в настоящее время не собственные кислородные ресурсы и не ресурсы других стран, а тот кислород, который был накоплен в атмосфере за время развития биосферы. Основным фактором этого накопления являлось захоранивание органического углерода в осадочных породах литосферы. Возвращение этого углерода в атмосферу в массовых количествах невозможно, поскольку в ископаемом топливе содержится лишь 0,08% от общих запасов органического углерода литосферы. И потому кислородный ресурс атмосферы может в настоящее время рассматриваться как неисчерпаемый. Даже теоретическая возможность, связанная с полным сжиганием ископаемого топлива, не приведет к заметному снижению запаса атмосферного кислорода и каким-либо негативным экологическим последствиям. Другие серьезные возможности изменения человечеством запаса кислорода атмосферы в настоящее время просто отсутствуют.

Конечно, пусть очень медленное, но потребление кислорода, накопленного в прошлом, нельзя назвать устойчивым развитием. Однако, «оптимизации» следует подвергать в первую очередь те взаимоотношения, которые вызывают наиболее негативные эффекты в биосфере. Именно по такому принципу и действует международное сообщество, последовательно решая или хотя бы пытаясь решать наиболее насущные проблемы взаимоотношений человечества и биосферы. В качестве примеров таких решений можно привести Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха и решению проблемы «кислых дождей», Рамочную конвенцию ООН об изменении климата и ее Киотский протокол – первый небольшой, но практический шаг к глобальной «оптимизации».

Источник

Школьный этап олимпиады по экологии

Школьный этап олимпиады по экологии

Задание 1. Вам предлагаются задания, в которых необходимо выбрать один правильный ответ.

1.К каким наукам относится экология?

А) фундаментальным В) общественным

Б) естественным Г) прикладным

2. Недостаток кислорода ограничивает распространение жизни в

А) арктических пустынях В) тропических лесах

Б) степях Г) высокогорьях

4. Взаимоотношения актиний и тропических рыбок – это пример

А) конкуренции В) комменсализма

Б) паразитизма Г) аменсализма

5. Как называются экологические факторы, информирующие об изменении других факторов?

А) раздражители В) ограничители

Б) модификаторы Г) сигнализаторы

6. Кто из учёных сформулировал закон лимитирующего (ограничивающего) фактора

А) Ю. Одум В) В. Шелфорд

Б) А Тинеманн Г) Ю.Либих

7. К растениям, обитающим на нейтральных почвах (нейтрофитам), относятся

Б) полынь Г) сфагновый мох

Б) бактерии Г) деревья

9. К какому типу связей относится перенос насекомыми пыльцы растений?

А) трофические В) форические

Б) топические Г) фабрические

10. Определите в цепи питания консумента II порядка: чёрная смородина →

тля → божья коровка → паук → скворец → ястреб

А) чёрная смородина В) божья коровка

11. Цепи разложения (детритные) преобладают в

А) наземных экосистемах В) урбоэкосистемах

Б) водных экосистемах Г) агроэкосистемах

12. Укажите пример сукцессиии.

А) колебания численности полевых мышей

Б) глобальное потепление климата

В) вымирание динозавров

Г) опустынивание степи

А) степь Б) лес В) тундра Г) лесотундра

14. Кто ввёл в науку термин «биосфера»?

А) Э. Леруа и П. Тейяр де Шарден В) Э. Геккель

Б) Э. Зюсс Г) В.И.Вернадский

15. Грибы получают углерод из

А) почвы В) атмосферного воздуха

Б) воды Г) живых организмов

16. Деятельность человека является мощным фактором биологического регресса

А) железного дерева В) колорадского жука

Б) озимой пшеницы Г) вируса СПИДа

17. Эвтрофикации водоёмов в наибольшей степени способствует близость

А) автодорог В) болот

Б) АЭС Г) агроценозов

А) экология особей В) экология сообществ

Б) экология популяций Г) учение о биосфере

19. Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются

А) эвритермными В) эврибатными

Б) стенотермными Г) стенобатными

20. К динамическим показателям популяции относится

А) численность В) структура

Б) плотность Г) рождаемость

21. Полное истребление одного вида другим возможно в результате

А) хищничества В) конкуренции

Б) паразитизма Г) нейтрализма

22.Какая экосистема из перечисленных имеет наименьшую продуктивность

Б) хвойный лес Г) тропический дождевой лес

23. Какое количество энергии получит консумент II порядка, если в консументах I порядка содержалось 1000 кДж?

А) 10 кДЖ Б) 100 кДж В) 1000 кДж Г) 10000 кДж

24 Доля какого вещества в атмосфере наибольшая?

Задание 2. Установите соответствие

Источник

ЕГЭ для VIP

Экология особей

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
Раздел 8. Экология и учение о биосфере. Глава 8.1. Экология особей.

8.1. Экология особей

8.1.1. Среды обитания

Среда обитания (жизни) — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определённое воздействие.

На нашей планете живые организмы освоили четыре среды обитания (табл. 8.1):

Первой была освоена водная среда. Затем появились паразиты и симбионты, использующие организменную среду обитания. В дальнейшем, после выхода жизни на сушу, живые организмы населили наземно-воздушную среду, а одновременно с этим создали и заселили почву. Под почвенной средой обитания подразумевают не только собственно почву, но и горные породы поверхностной части литосферы.

Таблица 8.1. Сравнение сред жизни

Примечание: ПБП — первичная биологическая продукция; ЭМП — элементы минерального питания.

8.1.2. Экологические факторы

Каждая из сред жизни отличается особенностями воздействия экологических факторов — отдельных элементов среды, которые воздействуют на организмы. Существуют различные классификации экологических факторов (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Классификация экологических факторов

Группа

Характеристика

Примеры

1. По природе

АбиотическиеВоздействие компонентов неживой природыСвет, температура, влажностьБиотическиеВоздействие живых организмовКонкуренция за пищу, нападение хищника

2. По участию человека

ПриродныеВоздействие природных факторовСвет, температура, влажностьАнтропогенныеВоздействие человека (в том числе его деятельности)Вырубка леса, охота, загрязнение, разрушение местообитаний

3. По среде возникновения (для абиотических)

КлиматическиеВлияние климатических условийВетер, атмосферное давлениеГеологическиеВлияние геологических условийЗемлетрясения, извержения вулканов, движениеледников, радиоактивное излучениеОрографические, или факторы рельефаВлияние условий рельефаВысота местности над уровнем моря, крутизна местности, экспозиция местностиЭдафические, или почвенно-грунтовыеВлияние почвенных условийГранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, pHГидрологическиеВлияние гидрологических условийТечение, солёность, давление

4. По природе (для абиотических)

ФизическиеВлияние физических факторовТемпература, давление, плотностьХимическиеВлияние химических факторовХимический состав, солёность

5. По виду воздействующего организма (для биотических)

ВнутривидовыеВлияние на организм особей этого же видаВлияние зайца на зайца, сосны на соснуМежвидовыеВлияние на организм особей других видовВлияние волка на зайца, сосны на берёзу

6. По принадлежности к определённому царству (для биотических)

Фитогенные факторыВлияние на организм растенийЕль и растения нижнего ярусаЗоогенные факторыВлияние животныхКовыль и травоядные копытныеМикогенные факторыВлияние грибовБерёза и подберёзовикМикробиогенные факторыВлияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших)Человек и вирус гриппа

7. По типу взаимодействия (для биотических)

НейтрализмСожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них ни положительных, ни отрицательных последствийБелки и лосиПротокооперацияВзаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают оба участникаРаки-отшельники и коралловые полипы актинииМутуализмВзаимовыгодное сожительство, когда либо один из партнёров, либо оба не могут существовать без сожителяТравоядные копытные и целлюлозоразрушающие бактерииКомменсализмВзаимоотношения, при которых один из партнёров полу чает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразличноКрупные хищники и падальщикиРастительноядностьВзаимоотношения, при которых один из участников (фитофаг) использует в качестве пищи другого (растение)Зайцы и растенияХищничествоВзаимоотношения, при которых один из участников (хищник) использует в качестве пищи другого (жертва)Волки и зайцыПаразитизмВзаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищиАскарида человеческая и человекКонкуренцияВзаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последнихЩука и судакАллелопатияВзаимоотношения, при которых во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя её и делая непригодной для жизни другогоГриб-пеницилл и некоторые сапротрофные бактерииАменсализмВзаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемогоЕль и растения нижнего яруса

8. По характеру воздействия (для антропогенных)

Прямое влияниеОказывают прямое (непосредственное) воздействие на организмСкашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбыКосвенное влияниеОказывают косвенное (опосредованное через другие экологические факторы) воз действие на организмЗагрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, беспокойство

9. По последствиям (для антропогенных)

ПоложительныеУлучшают жизнь организмов и увеличивают их численностьРазведение и охрана животных, посадка и подкормка растений, охрана окружающей средыОтрицательныеУхудшают жизнь организмов и снижают их численностьВырубка деревьев, отстрел животных, разрушение местообитаний

10. По изменчивости в пространстве и во времени

Относительно постоянныеОтносительно постоянны в пространстве и во времениСила тяготения, солнечная радиация, солёность океанаОчень изменчивыеОчень изменчивы в пространстве и во времениТемпература и влажность воздуха, сила ветра

11. По характеру изменения во времени

Регулярно-периодическиеМеняют свою силу в зависимости от времени суток, сезона года, ритма приливов и отливовОсвещённость, температура, длина светового дняНерегулярные (непериодические)Не имеют чётко выраженной периодичностиНаводнение, ураган, землетрясение, извержение вулкана, нападение хищникаНаправленныеДействуют на протяжении длительного промежутка времени в одном направленииПохолодание или потепление климата, зарастание водоёма, эрозия почвы

12. По характеру ответной реакции организма на воздействие

РаздражителиВызывают биохимические и физиологические изменения (адаптации)Недостаток кислорода в условиях высокогорья приводит к увеличению содержания гемоглобина в крови животныхМодификаторыВызывают морфологические и анатомические изменения (адаптации)Недостаток влаги привёл к видоизменению листьев в колючки у кактусаОграничителиОбусловливают невозможность существования организма в данных условиях и ограничивают ареал его распространенияНедостаток воды ограничивает распространение жизни в пустыняхСигнализаторыИнформируют об изменении других факторовДлина светового дня для листопадных растений

13. По расходованию

РесурсыПотребляются организма ми, то есть их количество в результате взаимодействия с организмом может уменьшатьсяПища, вода, солнечная энергия, кислород, углекислый газУсловияНе потребляются организмами, то есть их количество не уменьшается, но они могут оказывать влияние на организмТемпература, влажность, атмосферное давление, гравитационное поле, солёность воды

Действие экологических факторов на организм может быть прямым и косвенным. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое воздействие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).

8.1.3. Адаптации

Адаптации — приспособления организмов к среде обитания. Они вырабатываются в процессе эволюции и индивидуального развития организмов. Адаптации развиваются под действием трёх основных факторов: наследственности, изменчивости и естественного (а также искусственного) отбора. Адаптации подразделяют на типы (табл. 8.3).

Таблица 8.3. Типы адаптаций живых организмов

Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды (табл. 8.4). Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трёх возможных путей адаптации.

Таблица 8.4. Пути адаптаций живых организмов

8.1.4. Закономерности действия экологических факторов

Закон оптимума. Экологические факторы среды имеют количественное выражение. Каждый фактор имеет определённые пределы положительного влияния на организмы (рис. 8.2). Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Рис. 8.2. Зависимость действия экологического фактора от его количества

По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения), верхний и нижний пределы выносливости организма.

Зона оптимума — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна.

Зона пессимума — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов угнетена.

Верхний предел выносливости — максимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма.

Нижний предел выносливости — минимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма. За пределами выносливости существование организма невозможно.

Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называются зоной толерантности.

Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой — стенобионтными (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Экологическая валентность (пластичность) видов: 1 — эврибионтные; 2 — стенобионтные

Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур — стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды — эври- и стеногалинные и т. д.

Явление акклиматизации. Положение оптимума и пределов выносливости может в определённых пределах сдвигаться. Например, человек легче переносит пониженную температуру окружающей среды зимой, чем летом, а повышенную — наоборот. Это явление называется акклиматизацией (или акклимацией). Акклиматизация происходит при смене сезонов года или при попадании на территорию с другим климатом.

Неоднозначность действия фактора на разные функции организма. Одно и то же количество фактора неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Например, у растений максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при температуре воздуха +25… +35°С, а дыхания +55°С (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема зависимости фотосинтеза и дыхания растения от температуры: tмин, tопт, tмакс — температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)

Соответственно, при более низких температурах будет происходить прирост биомассы растений, а при более высоких — потеря биомассы. У холоднокровных животных повышение температуры до +40 °С и более сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. У человека семенники вынесены за пределы таза, так как сперматогенез требует более низких температур. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания гамет, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другой температуре.

Экологический спектр вида. Набор экологических валентностей вида по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. Экологические спектры разных видов отличаются друг от друга. Это позволяет разным видам занимать разные места обитания. Знание экологического спектра вида позволяет успешно проводить интродукцию растений и животных.

Взаимодействие факторов. В природе экологические факторы действуют совместно, то есть комплексно. Зона оптимума и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Например, высокую температуру труднее переносить при дефиците воды, сильный ветер усиливает действие холода, жару легче переносить в сухом воздухе и т. д. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие (рис. 8.5). Соответственно, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, компенсация недостатка влаги может быть осуществлена поливом или снижением температуры. Создаётся эффект частичного взаимозамещения факторов. Однако взаимная компенсация действия факторов среды имеет определённые пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя.

Рис. 8.5. Смертность яиц соснового шелкопряда при разных сочетаниях температуры и влажности

Таким образом, абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещён действием других экологических факторов.

Например, полное (абсолютное) отсутствие воды нельзя компенсировать другими экологическими факторами. Однако если другие экологические факторы находятся в оптимуме, то перенести недостаток воды легче, чем когда и другие факторы находятся в недостатке или избытке.

Закон лимитирующего фактора. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором. Такой фактор будет ограничивать существование (распространение) вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными (рис. 8.6).

Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида. Например, продвижение вида к полюсам может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы — недостатком влаги или слишком высокими температурами.

Рис. 8.6. Зависимость урожая от лимитирующего фактора («Бочка Либиха»)

Условия жизни и условия существования. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называется условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.

8.1.5. Характеристика основных экологических факторов

Свет. В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина D и т. д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать мутации. Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем. Видимые лучи — основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи — основной источник тепловой энергии.

Для растений солнечный свет необходим прежде всего как источник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещённости растения подразделяют на экологические группы (табл. 8.5).

Таблица 8.5. Классификация растений по отношению к условиям освещённости

Для животных свет — это условие ориентации. Животные могут вести дневной, ночной и сумеречный образ жизни.

По отношению к продолжительности дня организмы (в основном растения) делят на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт).

Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у организмов. Изменение длины дня тесно связано с годовым ходом температуры, но в отличие от последней не подвержено случайным колебаниям. Фотопериодизм обусловливает такие сезонные явления, как листопад, перелёты птиц и т. п.

Температура. От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50 °С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является + 120…+140°С (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним —190…273 °С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур).

Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных (табл. 8.6). Если речь идёт только о животных, то их ещё называют холоднокровными и теплокровными соответственно.

Таблица 8.6. Классификация организмов по преобладанию
источника тепла в их тепловом балансе

У живых организмов различают три механизма терморегуляции (табл. 8.7).

Таблица 8.7. Механизмы терморегуляции

Вода. Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).

Из наземных животных к гигрофилам относятся ондатра и бобр, к ксерофилам — суслик и варан, к мезофилам — волк и косуля. Среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов (табл. 8.8).

Таблица 8.8. Классификация растений по отношению к воде

Водные организмы по типу местообитания и образу жизни объединяются в следующие экологические группы (табл. 8.9).

Таблица 8.9. Классификация водных организмов
по типу местообитания и образу жизни

8.1.6. Биологические ритмы

Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые. Биологические ритмы делят на эндогенные и экзогенные (табл. 8.10).

Таблица 8.10. Биологические ритмы

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
8.1. Экология особей

Источник