Абиотические факторы. Абиотические факторы, биотические факторы окружающей среды: примеры

Абиотические факторы

Абиотические факторы - факторы неживой природы, физические и химические по своему характеру. К их числу относятся: свет, температура, влажность, давление, соленость (особенно в водной среде), минеральный состав (в почве, в грунте водоемов), движения воздушных масс (ветер), движения водных масс (течения) и т. д. Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Всем известно, что тот или иной биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия. Именно этим, в частности, объясняется географическая приуроченность различных видов на поверхности нашей планеты.

Как уже отмечалось выше, существование определенного вида зависит от сочетания множества различных абиотических факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфично.

Важнейшим для всех живых организмов является свет. Во-первых, потому, что это практически единственный источник энергии для всего живого. Автотрофные (фотосинтезирующие) организмы - цианобактерии, растения, преобразуя энергию солнечного света в энергию химических связей (в процессе синтеза органических веществ из минеральных), обеспечивают свое существование. Но кроме того, органические вещества, ими созданные, служат (в виде пищи) источником энергии для всех гетеротрофов. Во-вторых, свет играет важную роль как фактор, регулирующий образ жизни, поведение, физиологические процессы, происходящие в организмах. Вспомним такой хорошо известный пример, как осеннее сбрасывание листвы у деревьев. Постепенное сокращение светового дня запускает сложный процесс физиологической перестройки растений в преддверии долгого зимнего периода.

Изменения светового дня в течение года имеют огромное значение и для животных умеренного пояса. Сезонностью обусловлены размножение многих их видов, смена оперения и мехового покрова, рогов у копытных, метаморфоз у насекомых, миграции рыб, птиц.

Не менее важным абиотическим фактором, чем свет, является температура. Большинство живых существ может жить лишь в диапазоне от –50 до +50 °С. И главным образом в местах обитания организмов на Земле отмечаются температуры, не выходящие за эти пределы. Однако есть виды, которые приспособились к существованию при очень высоких или низких значениях температуры. Так, некоторые бактерии, круглые черви могут обитать в горячих источниках с температурой до +85 °С. В условиях Арктики и Антарктиды встречаются разные виды теплокровных животных - белые медведи, пингвины.

Температура как абиотический фактор способна существенно влиять на темпы развития, физиологическую активность живых организмов, поскольку подвержена суточным и сезонным колебаниям.

Другие абиотические факторы не менее важны, но в разной степени для разных групп живых организмов. Так, для всех наземных видов существенную роль играет влажность, а для водных - соленость. На фауну и флору островов в океанах и морях значительное влияние оказывает ветер. Для обитателей почвы важна ее структура, т. е. размер частиц грунта.

Биотические и антропогенные факторы

Биотические факторы (факторы живой природы) представляют собой разнообразные формы взаимодействий организмов как одного, так и разных видов.

Взаимоотношения организмов одного вида чаще имеют характер конкуренции , причем достаточно острой. Это обусловлено их одинаковыми потребностями - в пище, территориально пространстве, в свете (для растений), в местах гнездования (для птиц) и т. д.

Нередко во взаимоотношениях особей одного вида встречается и кооперация . Стайный, стадный образ жизни многих животных (копытных, котиков, обезьян) позволяет им успешно защищаться от хищников, обеспечить выживание детенышей. Любопытный пример представляют волки. У них в течение года наблюдается смена конкурентных отношений на кооперативные. В весенне-летний период волки живут парами (самец и самка), выращивают потомство. При этом каждая пара занимает определенную охотничью территорию, обеспечивающую их пропитание. Между парами идет жесткая территориальная конкуренция. В зимний же период волки собираются в стаи и совместно охотятся, причем в волчьей стае складывается довольно сложная «социальная» структура. Переход от конкуренции к кооперации обусловлен здесь тем, что в летний период добычи (мелких животных) много, а зимой доступны лишь крупные животные (лоси, олени, кабаны). С ними волку в одиночку не справиться, вот и образуется стая для успешной совместной охоты.

Взаимоотношения организмов разных видов весьма разнообразны. У тех, которые имеют сходные потребности (в пище, местах гнездования), наблюдается конкуренция . Например, между серой и черной крысами, рыжим тараканом и черным. Не очень часто, но между разными видами складывается кооперация , как на птичьем базаре. Многочисленные птицы мелких видов первыми замечают опасность, приближение хищника. Они поднимают тревогу, а крупные, сильные виды (например, серебристые чайки) активно нападают на хищника (песца) и прогоняют его, защищая и свои гнезда, и гнезда мелких птах.

Широко распространено во взаимоотношениях видов хищничество. При этом жертву хищник убивает и целиком съедает. К такому способу близко примыкает и растительноядность: здесь также особи одного вида поедают представителей другого (иногда, правда, не целиком съедая растение, а лишь частично).

При комменсализме симбионт извлекает пользу из сожительства, а хозяину не причиняется вреда, но он и не получает никакой пользы. Например, рыба-лоцман (комменсал), живя возле крупной акулы (хозяин), имеет надежного защитника, да и «со стола» хозяина ей перепадает пища. Акула же попросту не замечает своего «нахлебника». Широко наблюдается комменсализм у животных, ведущих прикрепленный образ жизни, - губок, кишечнополостных (рис. 1).

Рис. 1. Актиния на раковине, занятой раком-отшельником

Личинки этих животных оседают на панцирь крабов, раковину моллюсков, а развившиеся взрослые организмы используют хозяина как «транспортное средство».

Мутуалистические взаимоотношения характеризуются обоюдной выгодой как для мутуалиста, так и для хозяина. Широко известные примеры тому - кишечные бактерии у человека («поставляющие» своему хозяину необходимые витамины); клубеньковые бактерии - фиксаторы азота, -живущие в корнях растений, и т. д.

Наконец, два вида, существующие на одной территории («соседи»), могут никак не взаимодействовать друг с другом. В этом случае говорят о нейтрализме, отсутствии каких-либо взаимоотношений видов.

Антропогенные факторы - факторы (воздействующие на живые организмы и экологические системы), возникающие в результате деятельности человека.

К абиотическим факторам среды относят факторы неживой природы: свет, температура, влажность, геомагнитное поле Земли, гравитация, состав водной, воздушной, почвенной среды.

Свет. Излучение Солнца выполняет по отношению к живой природе двоякую функцию. Во-первых, это источник тепла, от количества которого зависит активность жизни на данной территории; во-вторых, свет служит сигналом, определяющим активность процессов жизнедеятельности, а также ориентиром при передвижении в пространстве.

Для животных и растительных организмов большое значение имеют длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия (длина светового периода суток, или фотопериод). Видимый, или белый свет, составляют около 45 % общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Ультрафиолетовые лучи составляют около 10 % всей лучистой энергии. Невидимые для человека, они воспринимаются органами зрения насекомых и служат им для ориентации на местности в пасмурную погоду. Лучи ультрафиолетовой части спектра необходимы и для нормальной жизнедеятельности человека. Под их воздействием в организме образуется витамин D.

Наибольшее значение для организмов имеет видимый свет с длиной волны от 0,4 до 0,75 мкм. Энергия видимого света используется для процессов фотосинтеза в клетках растений. При этом листьями особенно сильно поглощаются оранжево-красные (0,66-0,68 мкм) и сине-фиолетовые (0,4-0,5 мкм) лучи. На биосинтез расходуется от 0,1 до 1 % приходящей солнечной энергии,
иногда коэффициент полезного действия фотосинтезирующей растительности достигает нескольких процентов.

Разнообразие световых условий, при которых живут растения, очень велико. В разных местообитаниях неодинаковы интенсивность солнечной радиации, ее спектральный состав, продолжительность освещения и т. д. У растений интенсивность фотосинтеза возрастает с увеличением освещенности до известного предела, называемого уровнем светового насыщения или экологического оптимума. Дальнейшее усиление светового потока не сопровождается увеличением фотосинтеза, а затем приводит к его угнетению.

По отношению к свету различают три группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.

Светолюбивые обитают на открытых местах в условиях полного солнечного освещения (степные и луговые травы, культурные растения открытого грунта и многие другие). Но и у светолюбивых растений увеличение освещенности сверх оптимальной подавляет фотосинтез.

Тенелюбивые растения имеют экологический оптимум в области слабой освещенности и не выносят сильного света. Это виды, обитающие в нижних, затененных ярусах растительных сообществ - ельников, дубрав и т. п. Теневыносливые растения хорошо растут при полной освещенности, но адаптируются и к слабому свету.

Инфракрасное излучение составляет примерно 45 % от общего количества солнечной энергии, притекающей к Земле. Инфракрасные лучи поглощаются тканями растений и животных, объектами неживой природы, в том числе водой. Любая поверхность, имеющая температуру выше нуля, испускает длинноволновые инфракрасные (тепловые) лучи. Поэтому растения и животные получают тепловую энергию не только от Солнца, но и от предметов окружающей среды.

Из вышеизложенного следует, что свет является одним из важнейших абиотических факторов .

Температура. От температуры окружающей среды зависит температура тела большинства организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Нормальное строение и функционирование белков, от которых зависит само существование жизни, возможно в пределах от 0 до 50 °С. Между тем температурные границы, в пределах которых обнаруживается жизнь, гораздо шире. В ледяных пустынях Антарктики температура может опускаться до - 88 °С, а в безводных пустынях достигать 58 °С в тени. Некоторые виды бактерий и водорослей обитают в горячих источниках при температурах 80-88 °С. Таким образом, диапазон колебаний температур на разных территориях Земли, где встречается жизнь, достигает 176 °С. Даже в одном местообитании разница между минимальной температурой зимой и максимальной летом может составлять более 80 °С. В некоторых местностях велики и суточные колебания температуры: так, в пустыне Сахара на протяжении суток температура может изменяться на 50 °С. Но ни одно живое существо в мире не способно в активном состоянии переносить весь диапазон температур. Поэтому распространение любого вида животных и растений ограничено тем местообитанием, к температуре которого он приспособлен .

Влажность. Вода - необходимый компонент клетки, поэтому ее количество в том или, ином местообитании определяет характер растительности и животного мира в данной местности. В некоторой зависимости от количества воды в окружающей среде находится и содержание ее в теле растений и животных и их устойчивость к высыханию.

У растений пустынь, сухих степей вода составляет 30-65 % от общей массы, в лесостепных дубравах эта величина возрастает до 70-85 %, в ельниках достигает 90 %.

Тело животных, как правило, не менее чем на 50 % состоит из воды. У амбарного долгоносика, питающегося очень сухим кормом - зерном, воды в теле еще меньше - 46 %. Гусеницы, поедающие сочные листья, содержат 85-90 % воды. В целом у животных, обитающих на суше, меньше воды в организме, чем у водных. Так, тело домашнего скота содержит 59 % влаги, тело человека - 64 %, утки кряквы - 70 %. У рыб содержание воды в организме достигает 75 %, а у медуз - более чем 99%.

Водный баланс местности зависит от количества осадков, выпадающих в течение года, и величины, характеризующей ее испарение. Если количество испаряемой воды превышает годовую сумму осадков, такие области носят название сухих, засушливых или аридных.

Области, достаточно обеспеченные влагой, называют гумидными (влажными). Избыток воды в почве приводит к развитию болот, населяемых видами растений, не способных регулировать свой водный режим. К ним относятся водоросли, грибы, лишайники, некоторые мхи, элодея, водяные лютики, валлиснерия, тростник и многие другие. У таких растений низкое осмотическое давление клеточного сока и, следовательно, незначительная водоудерживающая
способность, высокий уровень испарения через широко открытые устьица. Корневая система у цветковых болотных растений плохо развита или совсем отсутствует.

Ограничена способность к регуляции водного баланса у травянистых растений темнохвойных лесов. При уменьшении влажности почвы меняется видовой состав растительных сообществ. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, которые переходят в лесостепь. При дальнейшем уменьшении количества осадков (и повышении сухости почвы) высокие травы уступают место низкотравью. При годовом количестве осадков 250 мм и ниже возникают пустыни. При неравномерном распределении осадков по временам года растениям и животным приходится переносить длительные засухи.

Растения выработали ряд приспособлений к периодическому недостатку влаги. Это - резкое сокращение вегетационного периода (до 4-6 недель) и длительный период покоя, который растения переживают в виде семян, луковиц, клубней и т. д. (тюльпаны, гусиный лук, мак и др.). Такие растения называются эфемерами и эфемероидами. Другие, не прекращающие роста в сухой период, имеют сильно развитую корневую систему, по массе намного превосходящую надземную часть.

Уменьшение испарения достигается уменьшением листовой пластинки, ее опушением, сокращением числа устьиц, преобразованием листа в колючки, развитием водонепроницаемого воскового налета. Некоторые виды, например саксаулы, теряют листву, и фотосинтез осуществляют зеленые ветви. Многие растения способны запасать воду в тканях стебля или корня (кактус, африканские пустынные молочаи, степная таволга).

Выживанию в условиях сухого периода способствуют и высокое осмотическое давление клеточного сока, препятствующее испарению, и способность терять большое количество воды (до 80 %) без потери жизнеспособности. Пустынные животные имеют особый тип обмена веществ, при котором вода образуется в организме при поедании сухого корма (грызуны). Источником воды служит и жир, накапливающийся у некоторых животных в больших количествах (верблюды, курдючные овцы). Копытные способны в поисках воды пробегать огромные расстояния. Многие мелкие животные на период засухи впадают в анабиоз.

Соленость. Для живых организмов большое значение имеет качественный и количественный состав минеральных солей в окружающей среде. Воздух содержит мало солей, и они не оказывают существенного влияния на живые организмы. В воде соли присутствуют всегда и почти исключительно в растворах. Главными компонентами солевых растворов служат ионы Na + , К + , Са 2+ и Mg 2+ . Из анионов наибольший удельный вес принадлежит хлору (Сl -), остаткам серной кислоты (SO 4 2-) гидрокарбоната (НСО з -) и карбоната (СО 3 2-).

К важным компонентам природных растворов относятся также ионы двух- или трехвалентного железа и марганца.

В целом можно сказать, что в морской воде больше всего натрия и хлора. В пресных водах преимущественно встречаются ионы кальция, гидрокарбоната и карбоната. В некоторых водоемах преобладают сульфаты (Каспийское и Аральское моря).

1) пресные воды - до 0,5;

2) солоноватые воды - от 0,5 до 30;

3) соленые - от 30 до 40;

4) рассолы - свыше 40.

Концентрация и качественный состав солей в водоемах оказывают большое влияние на численность и распространение водных животных. Пресноводные животные в целом имеют более высокое осмотическое давление по отношению к окружающей их среде, поэтому вода поступает в их организм постоянно.

Для выведения излишков воды служат пульсирующие вакуоли (у простейших) и органы выделения у многоклеточных животных. Морские обитатели в большинстве изотоничны морской воде, но многие виды гипотоничны и для них регулирование концентрации растворенных в жидкостях тела веществ сопряжено с большими энергетическими затратами. Например, у древних хрящевых рыб (акул, скатов) осмотическое давление внутри тела равно давлению в окружающей морской воде. Но у костистых рыб, эволюционно возникших в пресной воде, осмотическое давление низкое.

Для компенсации потерь воды в их теле они пьют морскую воду, а поглощенные вместе с ней избыточные соли выделяются почками, а также через кишечник и жабры.

Немногие виды водных животных могут обитать и в пресной, и в соленой воде. Так, европейский речной угорь нерестится в море. Молодые угри проникают в реки и вырастают в пресной воде. Для нереста взрослые рыбы снова мигрируют в море. Наоборот, семга и лосось нерестятся в пресной воде, а вырастают в море. Точно так же некоторые крабы поднимаются по рекам далеко в глубь материка, но личинки их развиваются и достигают половой зрелости только в море. Это связано с историей развития видов. Так, у угря родственные виды - чисто морские рыбы, а виды, близкие к семге и лососю,- пресноводные. Таким образом, мигрирующие виды в своем онтогенезе повторяют филогенез соответствующих семейств рыб. Водоемы, очень богатые солями, в целом для обитания животных непригодны. К существованию в таких условиях приспособился рачок артемия, отдельные виды синезеленых водорослей, жгутиковых, бактерий. Кислотность и щелочность среды обитания (рН) почвы и воды оказывают сильное влияние на организмы. Высокие концентрации ионов Н + или ОН - (при рН соответственно ниже 3 или выше 9) оказываются токсичными.

В очень кислых или щелочных почвах повреждаются клетки корней растений. Кроме того, при рН ниже 4,0 почвы содержат много ионов алюминия, которые также токсически воздействуют на растения. В этих условиях токсических концентраций достигают и ионы железа и марганца, в малых количествах совершенно необходимые растениям. В щелочных почвах наблюдается обратное явление - нехватка необходимых химических элементов. При высоких значениях рН железо, марганец, фосфаты, ряд микроэлементов оказываются связанными в малорастворимых соединениях и малодоступны растениям.

В реках, прудах и озерах с повышением кислотности воды видовое разнообразие уменьшается. Повышенная кислотность действует на животных несколькими путями: нарушая процесс осморегуляции, работу ферментов, газообмен через дыхательные поверхности; повышая концентрацию токсичных элементов, особенно алюминия; снижая качество и разнообразие пищи. Например, при низком рН подавляется развитие грибов, а водная растительность менее разнообразна или совсем отсутствует.

Промышленное загрязнение атмосферы (диоксид серы, оксиды азота) приводит к выпадению кислотных дождей, рН которых достигает 3,7-3,3. Такие дожди служат причиной засыхания лесов и исчезновения рыбы из водоемов.

Кислород. Кислород необходим для обеспечения жизнедеятельности большинства живых организмов. В воздухе в среднем содержится 21 % кислорода (по объему), в воде не более 1%. С повышением высоты над уровнем моря содержание кислорода в воздухе уменьшается параллельно снижению атмосферного давления. В высокогорных областях содержание кислорода в воздухе служит границей распространения многих видов животных.

За последние десятилетия резко возросло потребление кислорода промышленностью и увеличился выброс в атмосферу диоксида углерода. Например, при сгорании 100 л бензина расходуется количество кислорода, достаточное для дыхания одного человека в течение года. Вместе с тем в промышленных центрах содержание СО 2 в атмосфере в безветренные дни может в десятки раз превышать обычную норму (0,03 % по объему). Источником пополнения запасов кислорода в атмосфере служат в основном леса. Один гектар соснового леса дает в год около 30 т кислорода - столько, сколько требуется для дыхания 19 человек в течение года. Один гектар лиственного леса выделяет в год около 16 т. а гектар сельскохозяйственных угодий - от 3 до 10т в год. Отсюда понятно, что сведение лесов наряду с возрастающим выбросом в атмосферу СО 2 может серьезно изменить соотношение этих газов и повлиять на животный мир планеты.

Удовлетворение потребности в кислороде у живущих в воде животных осуществляется по-разному: одни создают постоянный ток воды над своими дыхательными поверхностями (например, движениями жаберных крышек у рыб), другие имеют очень большую (по отношению к объему) поверхность тела или разнообразные выросты (многие водные ракообразные), третьи часто возвращаются на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфины, черепахи, тритоны).

Потребности корней растений в кислороде только отчасти удовлетворяются из почвы. Часть кислорода диффундирует к корням от побегов. У растений, живущих на бедных кислородом почвах (тропические болота), образуются дыхательные корни. Они поднимаются вертикально вверх, на их поверхности имеются отверстия, через которые воздух поступает в корни, а затем в части растения, погруженные в болотистую почву.

Магнитное поле Земли. Магнитное поле Земли - важный фактор окружающей среды, под влиянием которого протекала эволюция и который оказывает постоянное влияние на живые организмы. Напряженность магнитного поля возрастает с широтой. При изменении интенсивности потоков частиц, движущихся от Солнца («солнечного ветра»), возникают кратковременные нарушения в магнитном поле Земли - «магнитные бури».

Напряженность магнитного поля Земли не остается постоянной и на протяжении суток. Резкие колебания напряженности геомагнитного поля нарушают у человека функционирование нервной и сердечно-сосудистой системы. Насколько глубоко геомагнитное поле влияет на растения, скорость роста растения зависит от ориентации семени по отношению к магнитным силовым линиям.

Введение

Каждый день вы, спеша по делам, ходите по улице, ежась от холода или обливаясь потом от жары. А после рабочего дня идете в магазин, покупаете продукты питания. Выйдя из магазина, спешно останавливаете проезжающую маршрутку и бессильно опускаетесь на ближайшее свободное место. Для многих это знакомый образ жизни, не так ли? А вы никогда не задумывались о том, как протекает жизнь с точки зрения экологии? Существование человека, растений и животных возможно лишь благодаря их взаимодействию. Не обходится оно и без влияния неживой природы. У каждого из этих типов воздействия есть свое обозначение. Итак, существует всего три вида влияния на окружающую среду. Это антропогенные, биотические и абиотические факторы. Давайте рассмотрим каждый из них и его воздействие на природу.

1. Антропогенные факторы - влияние на природу всех форм деятельности человека

Когда упоминается этот термин, в голову не приходит ни одной положительной мысли. Даже когда люди делают что-нибудь хорошее для животных и растений, то происходит это из-за последствий ранее сделанного плохого (к примеру, браконьерства).

Антропогенные факторы (примеры):

• Высушивание болот.
• Удобрение полей пестицидами.
• Браконьерство.
• Промышленные отходы (фото).

Вывод

Как видите, в основном человек наносит окружающей среде только вред. И из-за увеличения хозяйственного и промышленного производства даже природоохранные меры, учреждаемые редкими добровольцами (создание заповедников, экологические митинги), уже перестают помогать.

2. Биотические факторы - влияние живой природы на разнообразные организмы

Проще говоря, это взаимодействие растений и животных между собой. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. Существует несколько видов такого взаимодействия:

1. Конкуренция - такие взаимосвязи между особями одного или разных видов, при которых использование определенного ресурса одним из них уменьшает его доступность для других. В общем, при конкуренции животные или растения борются между собой за свой кусок хлеба

2. Мутуализм - такая взаимосвязь, при которой каждый из видов получает определенную пользу. Проще говоря, когда растения и/или животные гармонично дополняют друг друга.

3. Комменсализм - такая форма симбиоза между организмами разных видов, при которой один из них использует жилище или организм хозяина как место поселения и может питаться остатками пищи или продуктами его жизнедеятельности. При этом он не приносит хозяину ни вреда, ни пользы. В общем, маленькое незаметное дополнение.

Биотические факторы (примеры):

Сосуществование рыб и коралловых полипов, жгутиковых простейших и насекомых, деревьев и птиц (например, дятлов), скворцов-майн и носорогов.

Вывод

Несмотря на то, что биотические факторы могут приносить вред животным, растениям и человеку, от них есть и очень большая польза.

3. Абиотические факторы - воздействие неживой природы на разнообразные организмы

Да, и неживая природа тоже играет немаловажную роль в жизненных процессах животных, растений и человека. Пожалуй, самым главным абиотическим фактором является погода.

Абиотические факторы: примеры

Абиотические факторы - это температура, влажность, освещенность, соленость воды и почвы, а также воздушная среда и ее газовый состав.

Вывод

Абиотические факторы могут наносить вред животным, растениям и человеку, но все-таки в основном они приносят им пользу

Итог

Единственный фактор, не приносящий никому пользы - это антропогенный. Да, человеку он тоже не приносит ничего хорошего, хотя тот уверен, что изменяет природу для своего блага, и не задумывается, во что превратится для него и его потомков это "благо" через десяток лет. Человеком уже полностью уничтожены многие виды животных и растений, которые имели свое место в мировой экосистеме. Биосфера Земли похожа на фильм, в котором нет второстепенных ролей, все они являются главными. А вот теперь представьте, что некоторые из них убрали. Что получится в фильме? Вот так и в природе: если исчезнет самая малая песчинка, рухнет великое здание Жизни.

Классификация экологических факторов.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

4.1. Классификация экологических факторов.

4.2. Абиотические факторы

4.3. Биотические факторы

4.3. Экологическая пластичность. Понятие о лимитирующем факторе

С экологической позиции окружающая среда – это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.

Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития, или любое условие среды, к которому организм приспосабливается. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор специфичными приспособительными реакциями.

Экологические факторы среды делятся на три категории:

1) факторы неживой природы (абиотические) ;

2) факторы живой природы (биотические) ;

3) антропогенные.

Из многих существующих классификаций экологических факторов для задач данного курса целесообразно использовать следующую (рис. 1).

Рис. 4.1. Классификация экологических факторов

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными , и факторы живой природы - биотические или биогенные . Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными , так и антропогенными , т. е. связанными с влиянием человека. Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым - преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окружающей среды.

Наряду с рассмотренной, существуют и другие классификации экологических факторов. Выделяют факторы зависимые и независимые от численности и плотности организмов . Например, климатические факторы не зависят от численности животных, растений, а массовые заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами (эпидемии) у животных или растений, безусловно, связаны с их численностью: эпидемии возникают при тесном контакте между индивидуумами или при их общем ослаблении из-за нехватки корма, когда возможна быстрая передача болезнетворного начала от одной особи к другой, а также утрачена сопротивляемость к патогену.

Макроклимат от численности животных не зависит, а микроклимат может существенно изменяться в результате их жизнедеятельности. Если, например, насекомые при их высокой численности в лесу уничтожат большую часть хвои или листвы деревьев, то здесь изменится ветровой режим, освещенность, температура, качество и количество корма, что скажется на состоянии последующих поколений тех же или других, обитающих здесь животных. Массовые размножения насекомых привлекают насекомых-хищников и насекомоядных птиц. Урожаи плодов и семян влияют на изменение численности мышевидных грызунов, белки и ее хищников, а также многих птиц, питающихся семенами.

Можно делить все факторы на регулирующие (управляющие) и регулируемые (управляемые) , что также легко понять в связи с приведенными выше примерами.

Оригинальную классификацию экологических факторов предложил А.С. Мончадский. Он исходил из представлений о том, что все приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам связаны со степенью постоянства их воздействия, или, иначе говоря, с их периодичностью. В частности, он выделял:

1. первичные периодические факторы (те, которым свойственна правильная периодичность, связанная с вращением Земли: смена времен года, суточная и сезонная смена освещенности и температуры); эти факторы изначально присущи нашей планете и зарождающаяся жизнь должна была сразу к ним приспосабливаться;

2. вторичные периодические факторы (они являются производными от первичных); к ним относятся все физические и многие химические факторы, например влажность, температура, осадки, динамика численности растений и животных, содержание растворенных газов в воде и др.;

3. непериодические факторы , которым не свойственна правильная периодичность (цикличность); таковы, например, факторы, связанные с почвой, или разного рода стихийные явления.

Разумеется, «непериодично» лишь само тело почвы, подстилающие ее грунты, а динамика температуры, влажности и многих других свойств почвы также связана с первичными периодическими факторами.

Антропогенные факторы однозначно относятся к непериодическим. В числе таких факторов непериодического действия прежде всего - загрязняющие вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и сбросах. К природным периодическим и непериодическим факторам живые организмы в процессе эволюции способны вырабатывать адаптации (например, спячка, зимовка и т. п.), а к изменению содержания примесей в воде или воздухе растения и животные, как правило, не могут приобрести и наследственно закрепить соответствующие адаптации. Правда, некоторые беспозвоночные, например растениеядные клещи из класса паукообразных, имеющие в условиях закрытого грунта десятки поколений в году, способны при постоянном применении против них одних и тех же ядохимикатов образовывать устойчивые к яду расы путем отбора особей, наследующих такую устойчивость.

Необходимо подчеркнуть, что к понятию «фактор» следует подходить дифференцированно, учитывая, что факторы могут быть как прямого (непосредственного), так и опосредованного действия. Различия между ними состоят в том, что фактор прямого действия можно выразить количественно, в то время как факторы непрямого действия - нет. Например, климат или рельеф могут быть обозначены в основном словесно, но они определяют режимы факторов прямого действия - влажности, длины светового дня, температуры, физико-химических характеристик почвы и др.

Абиотические факторы – это совокупность важных для организмов свойств неживой природы.

Абиотическая компонента наземной среды представляет совокупность климатических и почвенно – грунтовых факторов, воздействующих как друг на друга, так и на живые существа.

Температура

Диапазон существующих во Вселенной температур равен 1000 градусов, и по сравнению с ним пределы, в которых может существовать жизнь, очень узки (около 300 0) от -200 0 С до +100 0 С (в горячих источниках на дне Тихого океана у входа в Калифорнийский залив обнаружены бактерии, для которых оптимальна температура 250 0 С). Большинство видов и большая часть активности приурочены к ещё более узкому диапазону температур. Верхний температурный предел для бактерий горячих источников лежит около 88 0 С, для сине-зелёных водорослей около 80 0 С,а для самых устойчивых рыб и насекомых - около 50 0 С.

Диапазон колебаний температур в воде меньше, чем на суше и диапазон толерантности к температуре у водных организмов уже, чем у наземных животных. Таким образом, температура представляет важный и очень часто лимитирующий фактор. Температура очень часто создаёт зональность и стратификацию в водных и наземных местообитаниях. Легко поддаётся измерению.

Изменчивость температуры крайне важна с экологической точки зрения. Жизнедеятельность организмов, которые в природе обычно подвергаются воздействию переменных температур, подавляется частично или полностью или замедляется при воздействии постоянной температуры.

Известно, что количество тепла, падающего на горизонтальную поверхность, прямо пропорционально синусу угла стояния солнца над горизонтом. Поэтому в одних и тех же районах наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры, и вся поверхность земного шара разделяется на ряд поясов с условными границами. Чем выше широта местности, тем больше угол наклона солнечных лучей к поверхности земли и тем холоднее климат.

Излучение, свет.

В отношении света организмы стоят перед дилеммой: с одной стороны, прямое воздействие света на протоплазму смертельно для организмов, с другой, - свет служит первичным источником энергии, без которой невозможна жизнь. Поэтому, многие морфологические и поведенческие характеристики организмов связаны с решением этой проблемы. Эволюция биосферы в целом была направлена главным образом, на укрощение поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и ослабление вредных или на защиту от них. Освещённость играет важнейшую роль для всего живого и организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи, к соотношению тёмного и светлого периода суток. Практически у всех животных существуют суточные ритмы, связанные со сменой дня и ночи. По отношению к свету растения подразделяют на светолюбивые и тенелюбивые.

Излучение представляет собой электромагнитные волны разной длины. Через атмосферу Земли легко проходит свет, соответствующий двум областям спектра. Это видимый свет (48%) и соседние с ним области (УФ – 7%, ИК – 45%), а также радиоволны длиной более 1 см. Видимая, т.е. воспринимаемая человеческим глазом область спектра охватывает диапазон волн от 390 до 760 нм. Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а в процессах фотосинтеза наиболее важную роль играют оранжево-красные и ультрафиолетовые лучи. Количество энергии солнечной радиации, проходящей через атмосферу к поверхности Земли, практически постоянно и оценивается приблизительно в 21*10 23 кДж. Эту величину называют солнечной постоянной. Но приход солнечной энергии в различные точки поверхности Земли неодинаков и зависит от продолжительности дня, угла падения лучей, прозрачности атмосферного воздуха и т.д. Поэтому чаще солнечную постоянную выражают в количестве джоулей, приходящихся на 1см 2 поверхности в единицу времени. Её среднее значение составляет около 0,14 Дж/см 2 в 1с. С лучистой энергией связана освещённость земной поверхности, которая определяется продолжительностью и интенсивностью светового потока.

Солнечная энергия не только поглощается поверхностью земли, но и частично ею отражается. От того, какую долю энергии солнечной радиации поглотит поверхность, зависит общий режим температуры, влажности.

Влажность атмосферного воздуха

Связана с насыщением его водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км.), где концентрируется ок.50% всей влаги. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха. Чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при конкретной температуре воздуха существует определённый предел насыщения его парами воды, который называют максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимального, и разность между максимальным и данным насыщением носит название дефицита влажности. Дефицит влажности - важнейший экологический параметр, т.к. он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее и наоборот. Повышение дефицита влажности в определённые отрезки вегетационного периода способствует усиленному плодоношению растений, а у ряда животных, например насекомых, приводит к размножению вплоть до вспышек.

Осадки

Осадки представляют собой результат конденсации водяных паров. Благодаря конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги (иней). Вследствие конденсации и кристаллизации паров воды в более высоких слоях атмосферы формируются облака и атмосферные осадки. Осадки - одно из звеньев в круговороте воды на Земле, причём в их выпадении прослеживается резкая неравномерность, в связи с чем выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм. в год) в то время как в засушливых зонах - 0,18мм. в год (в пустыне тропического пояса). Зоны с количеством осадков менее 250мм. в год считаются засушливыми.

Газовый состав атмосферы

Состав относительно постоянен и включает преимущественно азот и кислород, с примесью СО 2 и Ar (аргона). В верхних слоях атмосферы содержится озон. Присутствуют твёрдые и жидкие частицы (воды, оксиды различных веществ, пыль и дымы). Азот - важнейший биогенный элемент, участвующий в образовании белковых структур организмов; кислород - обеспечивает окислительные процессы, дыхание; озон - экранирующая роль по отношению к УФ части солнечного спектра. Примеси мельчайших частиц влияют на прозрачность атмосферы, препятствуя прохождению солнечных лучей к поверхности Земли.

Движение воздушных масс (ветер).

Причина ветра - неодинаковый нагрев земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на режим температуры, влажности, испарение с поверхности Земли и транспирацию растений. Ветер - важный фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе.

Давление атмосферы.

Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1 мм. рт. ст. В пределах земного шара существуют постоянные области высокого и низкого давления, причём в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления.

Это прямо или косвенно действующие на организм факторы неживой природы - свет, температура, влажность, химический состав воздушной, водной и почвенной среды и др. (т. е. свойства среды, возникновение и воздействие которых прямо не зависит от деятельности живых организмов).

Свет

(cолнечная радиация) - экологический фактор, характеризующийся нитенсивностью и качеством лучистой энергии Солнца, которая используется фотосинтезирующими зелеными растениями для создания растительной биомассы. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, - основной источник энергии для поддержания теплового баланса планеты, водного обмена организмов, создания и превращения органического вещества автотрофным звеном биосферы, что в конечном итоге делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов.

Биологическое действие солнечного света обусловливается его спектральным составом [показать] ,

В спектральном составе солнечного света различают

• инфракрасные лучи (длина волны более 0,75 мкм)
• видимые лучи (0,40-0,75 мкм) и
• ультрафиолетовые лучи (менее 0,40 мкм)

Разные участки солнечного спектра неравнозначны по биологическому действию.

Инфракрасные , или тепловые, лучи несут основное количество тепловой энергии. На их долю приходится около 49 % лучистой энергии, которая воспринимается живыми организмами. Тепловая радиация хорошо поглощается водой, количество которой в организмах довольно велико. Это приводит к нагреванию всего организма, что имеет особенное значение для холоднокровных животных (насекомых, рептилий и др.). У растений важнейшая функция инфракрасных лучей состоит в осуществлении транспирации, с помощью которой из листьев водяными парами отводится излишек тепла, а также в создании оптимальных условий для вхождения углекислого газа через устьица.

Видимый участок спектра составляют около 50 % лучистой энергии, поступающей на Землю. Данная энергия необходима растениям для фотосинтеза. Однако на это используется лишь 1 % ее, остальная же часть отражается или рассеивается в виде тепла. Этот участок спектра oбусловил появление у растительных и животных организмов многих важных приспособлений. У зеленых растений, кроме формирования светопоглотительного пигментного комплекса, с помощью которого осуществляется процесс фотосинтеза, возникла яркая окраска цветов, что способствует привлечению опылителей.

Для животных свет в основном играет информационную роль и участвует в регуляции многих физиолого-биохимческих процессов. Уже у простейших имеются светочувствительные органоиды (светочувствительный глазок у эвглены зеленой), а реакция на свет выражается в виде фототаксисов - перемещение в сторону наибольшей или наименьшей освещенности. Начиная с кишечнополостных, практически у всех животных развиваются различные по строению светочувствительные органы. Различают ночных и сумеречных животных (совы, летучие мыши и др.), а также животных, обитающих в постоянной темноте (медведка, аскарида, крот и др.).

Ультрафиолетовая часть характеризуется самой высокой энергией квантов и высокой фотохимической активностью. С помощью ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0,29-0,40 мкм в организме животных осуществляется биосинтез витамина D, пигментов сетчатки глаза, кожи. Эти лучи лучше всего воспринимают органы зрения многих насекомых, у растений они оказывают формообразовательный эффект и способствуют синтезу некоторых биологически активных соединений (витаминов, пигментов). Лучи с длиной волны менее 0,29 мкм губительно действуют на живое.

Интенсивностью [показать] ,

У растений, жизнедеятельность которых всецело зависит от света, возникают различные морфоструктурные и функциональные адаптации к световому режиму местообитаний. По требовательности к условиям освещения растения распределены на следующие экологические группы:

1. Светолюбивые (гелиофиты) растения открытых местообитаний, успешно произрастающие только в условиях полного солнечного освещения. Для них характерна высокая интенсивность фотосинтеза. Это ранневесенние растения степей и полупустынь (гусиный лук, тюльпаны), растения безлесных склонов (шалфей, мята, чабрец), хлебные злаки, подорожник, кувшинка, акация и др.
2. Теневыносливые растения характеризуются широкой экологической амплитудой к световому фактору. Лучше всего растут в условиях высокой освещенности, однако способны адаптироваться к условиям разного уровня затенения. Это древесные (береза, дуб, сосна) и травянистые (земляника лесная, фиалка, зверобой и др.) растения.
3. Тенелюбивые растения (сциофиты) не выносят сильного освещения, произрастают только в затененных местах (под пологом леса), а на открытых никогда не растут. На вырубках при сильном освещении у них происходит замедление роста, а иногда - гибель. К таким растениям относятся лесные травы - папоротники, мхи, кислица и др. Адаптация к затенению обычно сочетается с потребностью хорошего водоснабжения.

Суточной и сезонной периодичностью [показать] .

Суточная периодичность определяет процессы роста и развития растений и животных, которые зависят от длины светового дня.

Фактор, который регулирует и управляет ритмикой суточной жизнедеятельности организмов, называется фотопериодизмом. Он является важнейшим сигнальным фактором позволяющим растениям и животным "измерять время" - соотношение между продолжительностью периода освещенности и темноты в течение суток, определять количественые параметры освещенности. Иными словами, фотопериодизм - это реакция организмов на смену дня и ночи, которая проявляется в колебании интенсивности физиологических процессов - роста и развития. Именно продолжительность дня и ночи очень точно и закономерно изменяется в течение года независимо от случайных факторов, неизменно повторяясь из года в год, поэтому организмы в процессе эволюции согласовали все этапы своего развития с ритмом этих временных интервалов.

В умеренном поясе свойство фотопериодизма служит функциональным климатическим фактором, определяющим жизненный цикл большинства видов. У растений фотопериодический эффект проявляется в согласовании периода цветения и созревания плодов с периодом наиболее активного фотосинтеза, у животных - в совпадении времени размножения с периодом обилия пищи, у насекомых - в наступлении диапаузы и выходе из нее.

К биологическим явлениям, вызываемым фотопериодизмом, относятся также сезонные миграции (перелеты) птиц, проявление их гнездовых инстинктов и размножения, смена меховых покровов у млекопитающих и т. п.

По необходимой длительности светового периода растения разделяют на

• длиннодневные, которым для нормального роста и развития необходимо больше 12 ч светового времени (лен, лук, морковь, овес, белена, дурман, молодило, картофель, белладонна и др.);
• растения короткого дня - им нужно для зацветания не менее 12 ч беспрерывного темнового периода (георгины, капуста, хризантемы, амарант, табак, кукуруза, томаты и др.);
• нейтральные растения, у которых развитие генеративных органов происходит как при длинном, так и при коротком дне (бархатцы, виноград, флоксы, сирень, гречиха, горох, спорыш и др.)

Растения длинного дня происходят преимущественно из северных широт, короткого - из южных. В тропическом поясе, где продолжительность дня и ночи мало изменяются на протяжении года, фотопериод не может служить ориентирующим фактором периодичности биологических процессов. Его заменяет чередование сухого и влажного сезонов. Длиннодневные виды успевают дать урожай даже в условиях короткого северного лета. Образование большой массы органических веществ происходит летом в течение довольно длинного светового дня, который на широте Москвы может достигать 17 ч, а на широте Архангельска - более 20 ч в сутки.

Продолжительность дня существенно сказывается и на поведении животных. С наступлением весенних дней, длительность которых прогрессивно увеличивается, у птиц появляются гнездовые инстинкты, они возвращаются из теплых краев (хотя температура воздуха еще может быть и неблагоприятной), приступают к кладке яиц; теплокровные животные линяют.

Сокращение длительности дня осенью вызывает противоположные сезонные явления: отлет птиц, некоторые животные впадают в спячку, у других отрастает плотный шерстный покров, образуются зимующие стадии у насекомых (несмотря на еще благоприятную температуру и обилие корма). В этом случае уменьшение длительности дня сигнализирует живым организмам о близком наступлении зимнего периода, и они могут заранее подготовиться к нему.

У животных, особенно у членистоногих, рост и развитие также зависят от длины светового дня. Например, капустная белянка, березовая пяденица нормально развиваются лишь при длинном световом дне, тогда как тутовый шелкопряд, различные виды саранчи, совок - при коротком. Фотопериодизм влияет и на время наступления и прекращения брачного периода у птиц, млекопитающих и других животных; на размножение, эмбриональное развитие земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих;

Сезонные и суточные изменения освещенности являются самыми точными часами, ход которых четко закономерен и практически не изменился в течение последнего периода эволюции.

Благодаря этому появилась возможность искусственного регулирования развития животных и растений. Например, создание растениям в теплицах, оранжереях или парниках светового дня длительностью 12-15 ч позволяет даже зимой выращивать овощные культуры, декоративные растения, ускорять рост и развитие рассады. Наоборот, затенение растений летом ускоряет появление цветков или семян позднецветущих осенних растений.

Продолжением дня за счет искусственного освещения зимой можно увеличить период яйценосности кур, гусей, уток, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах. Огромную роль играет световой фактор и в других жизненных процессах животных. Прежде всего он является необходимым условием видения, их зрительной ориентации в пространстве в результате восприятия органами зрения прямых, рассеянных или отраженных от окружающих предметов световых лучей. Велика информативность для большинства животных поляризованного света, способности различать цвета, ориентироваться по астрономическим источникам света в осенних и весенних миграциях птиц, в навигационных способностях других животных.

На основе фотопериодизма у растений и животных в процессе эволюции выработались специфические годичные циклы периодов роста, размножения, подготовки к зиме, которые получили название годичных или сезонных ритмов. Эти ритмы проявляются в изменении интенсивности характера биологических процессов и повторяются с годичной периодичностью. Совпадение периодов жизненного цикла с соответствующим временем года имеет огромное значение для существования вида. Сезонные ритмы обеспечивают растениям и животным наиболее благоприятные условия для роста и развития.

Более того, физиологические процессы растений и животных находятся в строгой зависимости от суточной ритмичности, что выражается определенными биологическими ритмами. Следовательно, биологические ритмы - это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. У растений биологические ритмы проявляются в суточном движении листьев, лепестков, изменении фотосинтеза, у животных - в колебании температуры, изменении секреции гормонов, скорости деления клеток и т. д. У человека также наблюдаются суточные колебания частоты дыхания, пульса, артериального давления, бодрствования и сна и др. Биологические ритмы являются наследственно закрепленными реакциями, поэтому познание их механизмов имеет важное значение при организации труда и отдыха человека.

Температура

Один из важнейших абиотических факторов, от которого в значительной степени зависит существование, развитие и распространение организмов на Земле [показать] .

Верхним температурным пределом жизни на Земле, вероятно, является 50-60°С. При таких температурах происходит потеря активности ферментов и свертывание белка. Однако общий температурный диапазон активной жизни на планете значительно шире и ограничивается следующими пределами (табл. 1)

Таблица 1. Температурный диапазон активной жизни на планете, °С

Среди организмов, способных существовать при очень высоких температурах, известны термофильные водоросли, которые могут жить в горячих источниках при 70-80°С. Успешно переносят очень высокие температуры (65-80°С) накипные лишайники, семена и вегетативные органы пустынных растений (саксаул, верблюжья колючка, тюльпаны), находящиеся в верхнем слое раскаленной почвы.

Существует немало видов животных и растений, выдерживающих большие значения минусовых температур. Деревья и кустарники в Якутии не вымерзают при минус 68°С. В Антарктиде при минус 70°С живут пингвины, а в Арктике - белые медведи, песцы, полярные совы. Полярные воды с температурой от 0 до -2°С населены разнообразными представителями растительного и животного мира - микроводорослями, беспозвоночными, рыбами, жизненный цикл которых постоянно происходит в таких температурных условиях.

Значение температуры состоит прежде всего в непосредственном ее влиянии на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. Поскольку суточные и сезонные колебания температур возрастают по мере удаления от экватора, растения и животные, приспосабливаясь к ним, проявляют различную потребность в тепле.

Способы приспособления

• Миграция - переселение в более благоприятные условия. Регулярно в течение года мигрируют киты, многие виды птиц, рыб, насекомых и других животных.
• Оцепенение - состояние полной неподвижности, резкое снижение жизнедеятельности, прекращение питания. Наблюдается у насекомых, рыб, земноводных, млекопитающих при понижении температуры среды осенью, зимой (зимняя спячка) или при повышении ее летом в пустынях (летняя спячка).
• Анабиоз - состояние резкого угнетения жизненных процессов, когда видимые проявления жизни временно прекращаются. Это явление обратимое. Отмечается у микробов, растений, низших животных. Семена некоторых растений в анабиозе могут находиться до 50 лет. Микробы в состоянии анабиоза образуют споры, простейшие - цисты.

Многие растения и животные при соответствующей подготовке успешно переносят в состоянии глубокого покоя или анабиоза предельно низкие температуры. В лабораторных экспериментах семена, пыльца, споры растений, нематоды, коловратки, цисты простейших и других организмов, сперматозоиды после обезвоживания или помещения в растворы специальных защитных веществ - криопротекторов - переносят температуры, близкие к абсолютному нулю.

В настоящее время достигнуты успехи по практическому использованию веществ с криопротекторными свойствами (глицерин, полиэтиленоксид, диметилсульфоксид, сахароза, маннит и др.) в биологии, сельском хозяйстве, медицине. В растворах криопротекторов осуществляется длительное хранение консервированной крови, спермы для искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, некоторых органов и тканей для трансплантации; защита растений от зимних морозов, ранневесенних заморозков и т. п. Оказанные проблемы относятся к компетенции криобиологии и криомедицины и решаются многими научными учреждениями.

• Терморегуляция. У растений и животных в процессе эволюции выработались различные механизмы терморегуляции:

1. у растений
   • физиологический - накопление в клетках сахара, за счет которого повышается концентрация клеточного сока и снижается обводненность клеток, что способствует морозоустойчивости растений. Например, у карликовой березы, можжевельника верхние ветви при чрезмерно низкой температуре омертвевают, а стелющиеся перезимовывают под снегом и не погибают.
   • физический
     1. устьичная транспирация - отведения избытка тепла и предотвращение ожогов путем выведения воды (испарения) из тела растения
     2. морфологический - направленный на предотвращение перегрева: густая опушенность листьев для рассеивания солнечных лучей, глянцевитая поверхность для их отражения, уменьшение поглощающей лучи поверхности - свертывание листовой пластинки в трубочку (ковыль, овсяница), расположение листа ребром к солнечным лучам (эвкалипт), редуцирование листвы (саксаул, кактус); направленный на предотвращение замерзания: особые формы роста - карликовость, образование стелющихся форм (зимовка под снегом), темная окраска (помогает лучше поглощать тепловые лучи и нагреваться под снегом)
2. у животных
   • холоднокровных (пойкилотермных, эктотермных) [беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся] - регуляция температуры тела осуществляется пассивно за счет усиления мышечной работы, особенностей структуры и цвета покровов, отыскивания мест, где возможно интенсивное поглощение солнечных лучей, и т.д., т.к. они не могут поддерживать температурный режим обменных процессов и их активность зависит главным образом, от тепла, поступающего извне, а температура тела - от значений температуры окружающей среды и энергетического баланса (соотношения поглощения и отдачи лучистой энергии).
   • теплокровных (гомойотермных, эндотермных) [птицы и млекопитающие] - способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от температуры среды. Это свойство дает возмоность многим видами животных жить и размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). В процессе эволюции у них выработались два механизма терморегуляции, с помощью которых они поддерживают постоянную температуру тела: химический и физический [показать] .
     • Химический механизм терморегуляции обеспечивается скоростью и интенсивностью окислительно-восстановительных реакций и контролируется рефлекторно центральной нервной системой. Важную роль в повышении эффективности химического механизма терморегуляции сыграли такие ароморфозы, как появление четырехкамерного сердца, совершенствование органов дыхания у птиц и млекопитающих.
     • Физический механизм терморегуляции обеспечивается появлением теплоизолирующих покровов (перья, мех, подкожно-жировая клетчатка), потовых желез, органов дыхания, а также развитием нервных механизмов регуляции кровообращения.

     Частным случаем гомойотермии является гетеротермия - разный уровень температуры тела в зависимости от функциональной активности организма. Гетеротермия свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение. При этом высокая температура их тела заметно снижается за счет замедленного обмена веществ (суслики, ежи, летучие мыши, птенцы стрижей и др.).

Пределы выносливости больших значений температурного фактора различны как у пойкилотермных, так и у гомойотермных организмов.

Эвритермные виды способны переносить колебания температуры в широких пределах.

Стенотермные организмы живут в условиях узких пределов температуры, подразделяясь на теплолюбивые стенотермные виды (орхидеи, чайный куст, кофе, кораллы, медузы и др.) и на холодолюбивые (кедровый стланик, предледниковая и тундровая растительность, рыбы полярных бассейнов, животные абиссали - области наибольших океанических глубин и т. п.).

Для каждого организма или группы особей существует, оптимальная зона температуры, в пределах которой деятельность выражена особенно хорошо. Выше этой зоны находится зона временного теплового оцепенения, еще выше - зона продолжительной бездеятельности или летней спячки, граничащая с зоной высокой летальной температуры. При понижении последней ниже оптимума находится зона холодового оцепенения, зимней спячки и летальной низкой температуры.

Распределение особей в популяции в зависимости от изменения температурного фактора по территории подчиняется в целом такой же закономерности. Зоне оптимальных температур соответствует наибольшая плотность популяции, а по обе стороны от нее наблюдается снижение плотности вплоть до границы ареала, где она наименьшая.

Температурный фактор на большой территории Земли подвержен резко выраженным суточным и сезонным колебаниям, что в свою очередь обусловливает соответствующий ритм биологических явлений в природе. В зависимости от обеспеченности тепловой энергией симметричных участков обоих полушарий земного шара, начиная от экватора, различают следующие климатические зоны:

1. Тропическая зона . Минимальная среднегодовая температура превышает 16° C, в самые прохладные дни не опускается ниже 0° C. Колебания температуры во времени незначительны, амплитуда не превышает 5° C. Вегетация круглогодичная.
2. Субтропическая зона . Средняя температура самого холодного месяца не ниже 4° C, а самого теплого - выше 20° C. Минусовые температуры редки. Устойчивый снежный покров зимой отсутствует. Вегетационный период продолжается 9-11 мес.
3. Умеренная зона . Хорошо выражены летний вегетационный сезон и зимний период покоя растений. В основной части зоны устойчивый снежный покров. Весной и осенью типичны заморозки. Иногда эта зона подразделяется на две: умеренно теплую и умеренно холодную, для которых характерно четыре времени года.
4. Холодная зона . Среднегодовая темлература ниже О° C, заморозки возможны даже в течение короткого (2-3 мес) вегетационного периода. Очень велико годовое колебание температуры.

Закономерность вертикального размещения растительности, почв, животного мира в горных районах обусловлена главным образом также температурным фактором. В горах Кавказа, Индии, Африки можно выделить четыре-пять растительных поясов, последовательность которых снизу вверх отвечает последовательности широтных зон от экватора к полюсу на одной и той же высоте.

Влажность

Экологический фактор, характеризующийся содержанием воды в воздухе, почве, живых организмах. В природе существует суточный ритм влажности: она повышается ночью и понижается днем. Вместе с температурой и светом влажность играет важную роль в регуляции активности живых организмов. Источником воды для растений и животных служат главным образом атмосферные осадки и подземные воды, а также роса и туман.

Влага - необходимое условие существования всех живых организмов на Земле. В водной среде зародилась жизнь. Обитатели суши и поныне зависимы от воды. Для многих видов животных и растений вода продолжает оставаться средой обитания. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, выступает важнейшим исходным, промежуточным и конечным продуктом биохимических превращений. Значимость воды определяется и ее количественным содержанием. Живые организмы состоят не менее чем на 3/4 из воды.

По отношению к воде высшие растения делятся на

• гидрофиты - водные растения (кувшинка, стрелолист, ряска);
• гигрофиты - обитатели избыточно увлажненных мест (аир, вахта);
• мезофиты - растения нормальных условий влажности (ландыш, валериана, люпин);
• ксерофиты - растения, живущие в условиях постоянного или сезонного дефицита влаги (саксаул, верблюжья колючка, эфедра) и их разновидности суккуленты (кактусы, молочаи).

Приспособления к обитанию в обезвоженной среде и среде с периодическим недостатком влаги Важной особенностью основных климатических факторов (света, температуры, влажности) является их закономерная изменчивость в течение годичного цикла и даже суток, а также в зависимости от географической зональности. В связи с этим приспособления живых организмов также имеют закономерный и сезонный характер. Приспособление организмов к условиям среды может быть быстрым и обратимым или довольно медленным, что зависит от глубины воздействия фактора. В результате жизнедеятельности организмы способны изменять абиотические условия жизни. Например, растения низшего яруса оказываются в условиях меньшей освещенности; процессы распада органических веществ, которые происходят в водоемах, часто вызывают дефицит кислорода для других организмов. За счет деятельности водных организмов изменяется температурный и водный режимы, количество кислорода, углекислого газа, рН среды, спектральный состав света и др. Воздушная среда и ее газовый состав Освоение воздушной среды организмами началось после выхода их на сушу. Жизнь в воздушной среде потребовала специфических приспособлений и высокого уровня организации растений и животных. Низкая плотность и оводненность, высокое содержание кислорода, легкость перемещения воздушных масс, резкие перепады температуры и т. п. заметно сказались на процессе дыхания, водообмене и передвижении живых существ. Подавляющее большинство наземных животных в ходе эволюции приобрели способность к полету (75 % всех видов наземных животных). Для многих видов характерна ансмохория - расселение с помощью воздушных потоков (споры, семена, плоды, цисты простейших, насекомые, пауки и т. п.). Некоторые растения стали ветроопыляемыми. Для успешного существования организмов важны не только физические, но и химические свойства воздуха, содержание в нем нужных для жизни газовых компонентов. Кислород. Для абсолютного большинства живых организмов кислород жизненно необходим. В бескислородной среде могут развиваться только анаэробные бактерии. Кислород обеспечивает осуществление экзотермических реакций, в ходе которых освобождается необходимая для жизнедеятельности организмов энергия. Он является конечным акцептором электрона, который отщепляется от атома водорода в процессе энергетического обмена. В химически связанном состоянии кислород входит в состав многих очень важных органических и минеральных соединений живых организмов. Огромна его роль как окислителя в круговороте отдельных элементов биосферы. Единственными продуцентами свободного кислорода на Земле являются зеленые растения, которые образуют его в процессе фотосинтеза. Определенное количество кислорода образуется в результате фотолиза паров воды ультрафиолетовыми лучами за пределами озонового слоя. Поглощение организмами кислорода из внешней среды происходит всей поверхностью тела (простейшие, черви) или специальными органами дыхания: трахеями (насекомые), жабрами (рыбы), легкими (позвоночные). Кислород химически связывается и переносится по всему организму специальными пигментами крови: гемоглобином (позвоночные), гемоциапином (моллюски, ракообразные). У организмов, пребывающих в условиях постоянного недостатка кислорода, выработались соответствующие приспособления: повышенная кислородная емкость крови, более частые и глубокие дыхательные движения, большой объем легких (у жителей высокогорья, птиц) или уменьшение использования кислорода тканями благодаря повышению количества миоглобина - аккумулятора кислорода в тканях (у обитателей водной среды). Вследствие высокой растворимости СО 2 и О 2 в воде относительное их содержание здесь выше (в 2-3 раза), чем в воздушной среде (рис. 1). Это обстоятельство очень важно для гидробионюв, использующих либо растворенный кислород для дыхания, либо СО 2 для фотосинтеза (водные фототрофы). Углекислый газ. Нормальное количество этого газа в воздухе невелико - 0,03 % (по объему) или 0,57 мг/л. Вследствие этого даже небольшие колебания в содержании СО 2 существенно отражаются па непосредственно зависящем от него процессе фотосинтеза. Главные источники поступления СО 2 в атмосферу - дыхание животных и растений, процессы горения, извержения вулканов, деятельность почвенных микроорганизмов и грибов, промышленные предприятия и транспорт. Обладая свойством поглощения в инфракрасной области спектра, углекислый газ влияет на оптические параметры и температурный режим атмосферы, обусловливая известный "парниковый эффект". Важным экологическим аспектом является повышение растворимости кислорода и углекислого газа в воде по мере уменьшения ее температуры. Именно поэтому фауна водных бассейнов полярных и приполярных широт очень обильна и разнообразна, главным образом за счет повышенной концентрации в холодной воде кислорода. Растворение кислорода в воде, как и любого другого газа, подчиняется закону Генри: оно обратно пропорционально температуре и прекращается при достижении точки кипения. В теплых водах тропических бассейнов пониженная концентрация растворенного кислорода ограничивает дыхание, а следовательно, и жизнедеятельность и численность водных животных. В последнее время наблюдается заметное ухудшение кислородного режима многих водоемов, вызванное увеличением количества органических загрязнителей, деструкция которых требует большого количества кислорода. Зональность распространения живых организмов Географическая (широтная) зональность В широтном направлении с севера на юг на территории РФ последовательно располагаются такие природные зоны: тундра, тайга, лиственный лес, степь, пустыня. Среди элементов климата, которые определяют зональность размещения и распространения организмов, ведущую роль играют абиотические факторы - температура, влажность, световой режим. Наиболее заметно зональные изменения проявляются в характере растительности - ведущем компоненте биоценоза. Это в свою очередь сопровождается изменениями состава животных - потребителей и деструкторов органических остатков звеньев цепей питания. Тундра - холодная, безлесная равнина северного полушария. Климатические условия ее мало пригодны для вегетации растений и разложения органических остатков (вечная мерзлота, относительно низкая температура даже летом, короткий период плюсовых температур). Тут сформировались своеобразные малочисленные по видовому составу (мхи, лишайники) биоценозы. Продуктивность биоценоза тундры в связи с этим малая: 5-15 ц/га органического вещества в год. Зона тайги характеризуется относительно благоприятными почвенно-климатическими условиями, особенно для хвойных пород. Тут сформировались богатые и высокопродуктивные биоценозы. Ежегодное образование органического вещества составляет 15-50 ц/га. Условия умеренной зоны привели к формированию сложных биоценозов лиственных лесов с самой высокой на территории РФ их биологической продуктивностью (до 60 ц/га в год). Разновидностями лиственных лесов являются дубравы, буково-кленовые, смешанные леса и др. Такие леса характеризуются хорошо развитым кустарниковым и травянистым подлесками, что способствует размещению разнообразной по видам и количеству фауны. Степи - природная зона умеренного пояса полушарий Земли, которая характеризуется недостаточным водообеспечением, поэтому тут преобладает травянистая, преимущественно злаковая растительность (ковыль, типчак и др.). Животный мир разнообразен и богат (лисица, заяц, хомяк, мыши, много птиц, особенно перелетных). В степной зоне размещены важнейшие районы производства зерна, технических, овощных культур и животноводства. Биологическая продуктивность этой природной зоны относительно велика (до 50 ц/га в год). Пустыни преобладают в Средней Азии. Вследствие незначительного количества осадков и высокой температуры летом растительность занимает менее половины территории этой зоны и имеет специфические приспособления к засушливым условиям. Животный мир разнообразен, его биологические особенности рассматривались раньше. Ежегодное образование органической массы в зоне пустынь не превышает 5 ц/га (рис. 107). Соленость среды Соленость водной среды характеризуется содержанием в ней растворимых солей. В пресной воде содержится 0,5-1,0 г/л, а в морской - 10-50 г/л солей. Соленость водной среды имеет важное значение для ее обитателей. Существуют животные, приспособленные к обитанию только в пресной воде (карпообразные) или только в морской (сельдеобразные). У некоторых же рыб отдельные стадии индивидуального развития проходят при различной солености воды, например угорь обыкновенный обитает в пресных водоемах, а на нерест мигрирует в Саргассово море. Таким водным обитателям необходима соответствующая регуляция солевого баланса в организме. Механизмы регуляции ионного состава организмов . Сухопутные животные вынуждены регулировать солевой состав своих жидких тканей для поддержания внутренней среды в постоянном или почти постоянном химически неизмененном ионном состоянии. Основной способ поддерживать солевой баланс у гидробионтов и сухопутных растений - избегать местообитаний с неподходящей соленостью. Особенно напряженно и безошибочно должны работать такие механизмы у мигрирующих рыб (лосося, кеты, горбуши, угря, осетра), которые периодически переходят из морской воды в пресную или наоборот. Проще всего происходит осмотическая регуляция в пресной воде. Известно, что в последней концентрация ионов значительно меньше, чем в жидких тканях. Согласно законам осмоса внешняя среда по концентрационному градиенту через полупроницаемые мембраны поступает внутрь клеток, происходит как бы "разведение" внутреннего содержимого. Если бы такой процесс не контролировался, организм мог бы разбухнуть и погибнуть. Однако пресноводные организмы имеют органы, которые выводят наружу лишнюю воду. Сохранению необходимых для жизнедеятельности ионов способствует то, что моча у таких организмов довольно разбавленная (рис. 2, а). Отделение такого разведенного раствора от внутренних жидкостей, вероятно, требует активной химической работы специализированных клеток или органов (почек) и потребления ими значительной доли общей энергии основного обмена. Наоборот, морские животные и рыбы пьют и усваивают только морскую воду, пополняя тем самым постоянный выход ее из организма во внешнюю среду, которая характеризуется высоким осмотическим потенциалом. При этом одновалентные ионы соленой воды активно выводятся наружу жабрами, а двухвалентные - почками (рис. 2, б). На откачку избыточной воды клетки затрачивают довольно много энергии, поэтому при возрастании солености и уменьшении воды в теле организмы обычно переходят к неактивному состоянию - солевому анабиозу. Это свойственно видам, обитающим в периодически пересыхающих лужах морской воды, лиманах, на литорали (коловратки, бо-коплавы, жгутиковые и др.) Соленость верхнего слоя земной коры определяется содержанием в ней ионов калия и натрия, и также, как и соленость водной среды, имеет важное значение для ее обитателей и, в первую очередь, растений, которые имеют к ней соответствующую приспособленность. Этот фактор для растений не случаен, он сопровождает их в течение эволюционного процесса. К почвам с высоким содержанием калия и натрия приурочена так называемая солончаковая растительность (солянка, солодка и др.). Верхний слой земной коры - это почва. Кроме солености почвы различают другие ее показатели: кислотность, гидротермический режим, аэрация почвы и т.п. В совокупности с рельефом эти свойства земной поверхности, получившие название эдафические факторы среды, оказывают экологическое воздействие на ее обитателей. Эдафические факторы среды Свойства земной поверхности, оказывающие экологическое воздействие на ее обитателей. заимствовано Почвенный профиль Тип почвы определяется ее составом и цветом. A - Тундровая почва имеет темную торфянистую поверхность. B - Пустынная почва светлая, крупнозерниста и бедна органическим веществом Каштановая почва (С) и чернозем (D) - богатые перегноем луговые почвы, типичные для степей Евразии и прерий Северной Америки. Красноватый выщелоченный латосол (Е)тропической саванны имеет очень тонкий, но богатый перегноем слой. Подзолистые почвы типичны для северных широт, где выпадает большое количество осад ков, а испарение очень мало. Они включают богатый органическими веществами коричневый лесной подзол (F), серо-коричневый подзол (Н) и серо-каменистый подзол (I), на котором произрастают как хвойные, так и лиственные деревья. Все они относительно кислые, и в отличие от них красно-желтый подзол (G) сосновых лесов достаточно сильно выщелочен. В зависимости от эдафических факторов можно выделить ряд экологических групп растений. По реакции на кислотность почвенного раствора различают: ацидофильные виды, растущие при рН ниже 6,5 (растения торфяных болот, хвощ, сосна, пихта, папоротник); нейтрофильные, предпочитающие почву с нейтральной реакцией (рН 7) (большинство культурных растений); базифильные - растения, которые лучше всего растут на субстрате, имеющем щелочную реакцию (рН более 7) (ель, граб, туя) и индифферентные - могут произрастать на почвах с разным значением рН. По отношению к химическому составу почвы растения делятся на олиготрофные, малотребовательные к количеству питательных веществ; мезотрофные, требующие умеренного количества минеральных веществ в почве (травянистые многолетники, ель), мезотрофные, нуждающиеся в большом количестве доступных зольных элементов (дуб, плодовые). По отношению к отдельным элементам питания виды, особенно требовательные к высокому содержанию азота в почве, называются - нитрофилами (крапива, растения скотных дворов); требующие много кальция - кальцефилами (бук, лиственница, порезник, хлопчатник, маслина); растения засоленных почв называются галофитами (солянка, сарсазан), излишек солей некоторые из галофитов способны выделять наружу, где эти соли после высыхания образуют твердые пленки или кристаллические скопления По отношению к механическому составу растений сыпучих песков - псаммофиты (саксаул, акация песчаная) растений каменистых осыпей, трещин и углублений скал и других подобных местообитаний - литофиты [петрофиты] (можжевельник, дуб скальный) Рельеф местности и характер грунта существенно влияют на специфику передвижения животных, на распределение видов, жизнедеятельность которых временно или постоянно связана с почвой. От гидротермического режима почв, их аэрации, механического и химического составов зависят характер корневой системы (глубинная, поверхностная), образ жизни почвенной фауны. Химический состав почвы и разнообразие обитателей влияют на ее плодородие. Наиболее плодородными являются черноземные почвы, богатые перегноем. Как абиотический фактор рельеф оказывает влияние на распределение климатических факторов и, таким образом, на формирование соответствующих флоры и фауны. Например, на южных склонах холмов или гор всегда более высокая температура, лучшая освещенность и соответственно меньшая влажность.