Среда обитания организмов. Экологические факторы. Часть 1

На этой странице вы узнаете

• Какое дерево взрывается?
• Какой свет не видит человеческий глаз, но могут увидеть пчелы и змеи?
• Какое растение любит пожары?

Популяция белых медведей за последние десятилетия сильно сократилась. Это вызывает у экологов панику. Теперь белый медведь официально занесен в Международную Красную книгу и Красную книгу России. Причина исчезновения вида — глобальное потепление, из-за которого арктические ледники постепенно тают. А без них белые медведи не могут полноценно охотиться, ведь белые медведи адаптированы под определенные условия среды обитания.

Не только белые медведи, все виды живых организмов приспособлены к определенным средам обитания и действиям тех или иных экологических факторов.

В этой статье мы узнаем, какими свойствами обладают различные среды обитания и как животные адаптировались к ним. 

Среды обитания организмов, их характеристика

Среда обитания — совокупность условий окружающей среды (экологические факторы), в которых живет организм, вид или популяция и с которыми они взаимодействуют прямо или косвенно.

На Земле существует 4 среды обитания: водная, наземно-воздушная, организменная, почвенная. 

Водная среда обитания

Характеристика: 

• большая плотность;
• сильные перепады давления;
• малое содержание кислорода;
• высокая теплопроводимость;
• ограниченная проницаемость света.

Организмы, приспособившиеся к обитанию в водной среде, называют гидробионтами.

Гидробионты подразделяются на 4 экологические группы:

1. Нейстон — это организмы, которые находятся на поверхностной пленке воды и используют поверхностное натяжение для перемещения. 

2. Нектон — это организмы, активно плавающие в толще воде. Это акулы, костные рыбы, китообразные, ластоногие и т.д.

3. Планктон — это организмы, пассивно парящие в толще воды. Например, кишечнополостные, простейшие, ракообразные (дафнии).

4. Бентос — организмы, обитающие на дне. Обычно ведут прикрепленный образ жизни. Это коралловые полипы, устрицы, черви и т.д.

Адаптации растений и животных к водной среде обитания

Адаптации растений	Адаптации животных
— Выросты на теле, обеспечивающие плавучесть. Например, водоросль фукус имеет своеобразные шарики на теле, заполненные воздухом. — Дыхание путем диффузии через всю поверхность тела. — Отсутствие тканей и органов у водорослей.	— Обтекаемая форма тела. — Жаберное дыхание. — Наличие плавников. — У одноклеточных организмов появление органоидов движения (жгутики, реснички, ложноножки). — У теплокровных животных — наличие толстого слоя жира для теплоизоляции и увеличения плавучести.

Наземно-воздушная среда

Характеристика:

• низкая плотность;
• низкое давление;
• высокое содержание кислорода;
• обилие солнечного света;
• перепады температуры;
• неравномерное распределение влаги.

Организмы, освоившие эту довольно сложную для жизни среду, называются аэробионтами. 

Адаптации растений	Адаптации животных
1. Механические ткани (древесные и лубяные волокна) необходимы для опоры. 2. Покровные ткани (перидерма и корка) необходимы для защиты от постоянно изменяющихся климатических условий. 3. Проводящие ткани (ксилема и флоэма) необходимы для проведения воды и органических веществ.   4. Появление вегетативных (корень, побег) и генеративных (цветок, плод, семя) органов. 5. Листопад (покрытосеменные).	1. Обтекаемая форма тела (птицы). 2. Крылья (птицы, насекомые, летучие мыши). 3. Конечности рычажного типа. Шерстяной покров (млекопитающие). 4. Наличие кожных желез. 5. Легочный тип дыхания.

Какое дерево взрывается? Если вы когда-нибудь окажетесь в тропических лесах Южной Америки, вы сможете услышать странный звук. Не пугайтесь, возможно, рядом растет динамитное дерево или Хура взрывающаяся. Когда плоды созрели, они начинают взрываться, и семена разбрасываются на расстояние более 100 метров.  Наверное, они скопировали такой способ расселения у бешеного огурца. Он тоже умеет атаковать: если коснуться плода бешеного огурца, он вскроется и с огромной силой будет бомбардировать семенами.  Вот такой у этих растений необычный способ распространения семян.

• 

• 

Почвенная среда

Характеристика:

• большая плотность;
• отсутствие света;
• незначительные колебания температуры;
• низкое содержание кислорода;
• высокое содержание углекислого газа.

Организмы, обитающие в почвенной среде, называются эдафобионты.

Адаптации растений	Адаптации животных
1. Разная степень развития корневой системы. 2. Симбиоз с клубеньковыми бактериями (бобовые культуры).	1. Слабо развито или полностью отсутствует зрение. 2. Хорошо развито обоняние. 3. Обтекаемая форма тела. 4. Роющий тип конечностей.

Организменная среда обитания

Характеристика:

• постоянная температура;
• постоянный газовый состав;
• достаточное количество воды и пищи;
• защита от неблагоприятных факторов внешней среды.

Организмы, чьим домом является другой организм, называются эндобионтами.

Адаптации растений	Адаптации животных
1. Появление присосок гаусторий (омела). 2. Отсутствие корневой системы. 3. Отсутствие листьев.	1. Плотная кутикула (круглые черви). 2. Отсутствие пищеварительной системы (ленточные черви). 3. Наличие органов прикрепления. 4. Наличие грызуще-сосущего ротового аппарата (клещи, блохи).

Экологические факторы

Экологические факторы — это компоненты окружающей среды, которые влияют на жизнедеятельность живых организмов.

Все экологические факторы делятся на 3 группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Закономерности влияния экологических факторов

В характере воздействия экологических факторов на организм и ответных реакциях самого организма можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон Либиха или закон минимума. 

Немецкий агроном Юстус Либих утверждал, что низкий урожай полевых культур вызван нехваткой какого-либо элемента: того, который в почве либо находится в малом количестве, либо вообще отсутствует. 

Он сформулировал закон:

Состояние организма и численность популяции ограничивается лимитирующим фактором. Если преодолеть недостаток этого фактора, то численность увеличится, а лимитирующим фактором станет следующий дефицитный фактор.

В качестве наглядности, доказывающий его закон, возьмем деревянную бочку. Но бочка необычная. Как видно на изображении, одна дощечка короче других. Именно короткая дощечка определяет уровень заполнения воды. Итак, длина дощечки становится лимитирующим фактором для количества воды в бочке, причем длина других дощечек уже значения не имеет. То есть жизненные возможности организма могут ограничить те экологические факторы, количество и качество которых близки к минимуму и дальнейшее их снижение приведет к гибели организма.

2. Закон оптимума или закон толерантности.

В отношении любого качества среды обитания организм обладает определенным диапазоном толерантности (или выносливости). Если экологический фактор оптимально влияет на живой организм, то его называют оптимумом. 

Любой экологический фактор окружающей среды имеет пределы своего оптимального воздействия на живой организм. 

Посмотрим на график, который расположен выше. График изображает оптимальные условия для ириса. Если растение получает достаточное количество воды, оно будет расти и цвести. При редком или избыточном увлажнении рост растений прекращается, то есть они находятся в зоне угнетения.

Свет как абиотический фактор среды

Свет служит источником энергии для процесса фотосинтеза, обеспечивает поддержания теплового баланса в организме, необходим для ориентировки в пространстве. Основным естественным источником света является Солнце. 

А сейчас к нам незаметно прокралась физика. Солнце излучает на Землю солнечную радиацию. Солнечная радиация различается интенсивностью и качеством. Посмотрим на изображение, на нем схематически показан состав солнечного излучения: ультрафиолетовое излучение, инфракрасное, видимое излучение.

Тип излучения	Значение для живых организмов
Ультрафиолетовое	— Коротковолновые УФ-волны губительны для всего живого, поэтому они задерживаются озоновым экраном.  — Небольшое количество длинноволновых УФ-лучей достигает поверхности Земли. Их мы используем в качестве источника витамина D (синтезирование происходит в коже во время нахождения под солнцем), влияющего на обмен кальция.
Видимое	— Поглощается фотосинтезирующими организмами (растения, цианобактерии и эвглена зеленая). — Является условием для ориентации в пространстве для многих животных. — Влияет на газообмен и транспирацию (испарение воды растениями). — Стимулирует в растительном организме синтезирование органических веществ. — Необходим для образования хлорофилла.
Инфракрасное	— Повышает уровень теплообмена у животных. — Ускоряет поглощение углекислого газа растениями.

Несмотря на то, что все растения зависят от солнечного света, так как являются фотосинтезирующими автотрофами, они по-разному относятся к свету. Кто-то любит «погорячее», а кто-то предпочитает «остаться в тени».

Растения по отношению к свету:

Гелиофиты (светолюбивые)	Сциофиты (тенелюбивые)	Факультативные гелиофиты (теневыносливые)
— укороченные побеги; — сильно рассеченные листья; — большое число устьиц на листе; — хорошо развита механическая и запасающая ткани.	— вытянутые побеги; — листья темно-зеленого цвета; — листья крупные и тонкие; — плохо развита механическая ткань.	— листья содержат большое количество хлорофилла; — листья крупные.
Василек луговой	Мох	Сирень обыкновенная

Для животных свет имеет не такое важное значение как для растений, так как они являются гетеротрофами (питаются органическими веществами) и существуют благодаря растениям, которые накопили энергию. 

Животные по отношению к свету:

Дневные	Сумеречные	Ночные
В позе лотоса лемуры принимают солнечные ванны.	Лисица вышла на охоту.	Ночная охота совы.
Свет необходим для ориентации в пространстве, в сетчатке глаза присутствуют фоторецепторы колбочки (цветное зрение).	Свет необходим для ориентации в пространстве, в сетчатке глаза присутствуют фоторецепторы колбочки (цветное зрение).	Активны ночью, в сетчатке глаза присутствуют только фоторецепторы палочки (сумеречное зрение).

Какой свет не видит человеческий глаз, но могут увидеть пчелы и змеи? Пчелы видят ультрафиолетовый свет, в то время как змеи видят инфракрасный свет. Наш глаз эти спектры света совершенно не видит.

Влага как абиотический фактор

Вода особенно важна для растений, ведь они из-за своей неподвижности не могут добывать ее при перемещениях. Водные растения могут найти воду очень легко, а вот в наземно-воздушной среде количество влаги может быть разным.

Растения по отношению к влажности

Категория	Ксерофиты	Мезофиты	Гигрофиты	Гидрофиты
Характеристика	Растения сухих местообитаний, приспособившиеся к недостатку влаги в почве. Делятся на две группы: 1) Склерофиты — растения, приспособившиеся к экономии воды. 2) Суккуленты — растения, живущие в сухих местообитаниях и запасающие воду.	Растения, живущие на территориях с умеренной влажностью.	Растения, живущие в условиях с повышенной влажностью атмосферы.	Растения, обитающие в водной среде. Гидрофиты можно поделить на две группы: 1) Гидрофиты в узком смысле — они полупогружены в воду и имеют подводную и надводную части. 2) Гидатофиты — полностью погруженные в воду растения.
Особенности	Особенности склерофитов: — Сухие и жесткие листья и стебли, часто бывают колючки. — Толстая кутикула. — Корни, уходящие глубоко в почву (добывают воду из самых глубоких источников). Особенности суккулентов: — Толстый, мясистый стебель, запасающий воду. — Опушение, позволяющее снизить испарение воды. — Толстая кутикула, защищающая от испарения.	Нет специфических признаков, но можно выделить общие черты. — Хорошо развитая корневая система. — Широкие, плоские и зеленые листья.	— Постоянные открытые устьица, которые необходимы для выделения избытков воды.   — Слабо развитые механические ткани (так как форму тела они поддерживают благодаря воде). — Слабо развитые корни (так как им не нужно сильно трудиться для впитывания воды).	— Погруженные в воду части растения содержат воздухоносную ткань — аэренхиму.  — Слабо развитые сосуды из-за отсутствия необходимости транспортировать воду по телу (могут впитывать ее всей поверхностью тела). — Погруженные в воду листья сильно рассечены, чтобы они не повреждались под действием течения. — Листья на поверхности воды плоские и имеют большую площадь для удержания на воде.
Примеры	Склерофиты: верблюжья колючка, ковыль. Суккуленты: кактусы, алоэ, толстянка.	Береза, ромашка, пшеница, кукуруза, сирень, клевер.	Осока, калужница болотная.	Гидрофиты: стрелолист, тростник. Гидатофиты: элодея, кувшинка, ряска.

Температура как абиотический фактор

Температура как экологический фактор влияет на скорость и характер протекания обменных процессов в живых организмах. У представителей животного царства реакции на изменение температуры направлены на регулирование теплоотдачи. 

Животные по способности поддерживать собственную температуру тела:

Категория	Пойкилотермные (холоднокровные)	Гомойотермные (теплокровные)
Характеристика	Температура тела зависит от температуры окружающей среды и энергетического баланса.	Температура тела не зависит от температуры окружающей среды и регулируется самим организмом.
Примеры	Беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Клубок самцов гадюк подзаряжается на солнышке для дальнейшего спаривания с самкой.	Птицы и млекопитающие. Косатки во время охоты в ледяной воде.

Организмы по отношению к температуре:

Категория	Криофилы (холодолюбивые)	Термофилы (теплолюбивые)
Характеристика	Не выносят высоких температур, сохраняют активность при температуре -8°.	Адаптировались к условиям высоких температур.
Примеры	Пингвины, лишайники, лиственница, коловратки.  Белый медведь — самый большой теплокровный хищник полярных широт, желает вам хорошего дня.	Пресмыкающиеся, членистоногие, черви, верблюды. Крокодилы обитают во всех тропических зонах, открытая пасть помогает немного остудиться.

Температурные приспособления животных:

Вид	Химическая теплорегуляция	Физическая теплорегуляция	Поведенческая теплорегуляция
Роль	Изменяют уровень теплопродукции в организме.	Изменяют уровень теплоотдачи.	Способность организма выходить из зоны действия неблагоприятного фактора.
Пример	Пестрый дятел зимой питается семенами ели, в которых содержится большое количество масел, насыщенных энергией.	Моржи, благодаря толстому слою жира, надежно защищены от холода.	Пустынная ящерица агама нашла неплохой способ спасения от горячего песка, просто забравшись на дерево.

Некоторые животные смогли адаптироваться к неблагоприятному температурному фактору довольно простым способом, хотя требующим большого количества энергии.

Животное впадает в состояние глубокого сна, снижается температура тела, замедляется дыхание и сердцебиение, снижается обмен веществ, уменьшаются энергозатраты.

Оцепенение  (у холоднокровных)	Спячка (у теплокровных)
На зимовку лягушка опускается на дно водоема, иногда полностью покрывается льдом.	Бурый медведь зимой крепко спит. Лучше его не будить, можно разозлить.

Растения тоже приспособились к изменениям температуры. Их адаптации направлены на ослабление негативного воздействия фактора.

Температурные адаптации растений:

Вид	Зимостойкость	Морозоустойчивость	Состояние покоя
Адаптация	Сбрасывание листвы, почки защищены почечными чешуями.	Клетки и ткани способны переносить низкие температуры.	Прекращение роста, снижение скорости обменных процессов.
Пример	Почки дерева окружены льдом.	В клетках подснежника накапливаются углеводы, препятствующие образованию льда.	Однолетние растения состояние покоя проводят в стадии семени.

Какое растение любит пожары? Эвкалипт — растение жаркой Австралии. Пожар помогает растению размножаться. Огонь заставляет падать семена на землю, а зола — это лучшее удобрение, в котором много минералов.

Ученые заметили, что масса и объем тела имеет прямое отношение к поддержанию температурного баланса. Данную закономерность подтверждают правило Бергмана и правило Аллена.

Правило Бергмана: из двух видов теплокровных животных, которые отличаются размерами, более крупный вид будет обитать в более холодном климате.

Правило Аллена: у теплокровных организмов, которые обитают на юге, выступающие части тела (уши, хвост, клюв) будут развиты сильнее, чем у родственных им организмов, обитающих на севере, это необходимо для увеличения теплоотдачи в жарком климате.

Животные, обитающие в экстремально низких температурах, отличаются своими крупными размерами тела и маленькими размерами ушей, хвоста, носа и других выступающих частей тела. Это все необходимо, чтобы уменьшить теплоотдачу.

Фактчек

• Среда обитания — совокупность условий окружающей среды (экологические факторы), в которых живет организм, вид или популяция и с которыми они взаимодействуют прямо или косвенно.
• На Земле существует 4 среды обитания: водная, наземно-воздушная, организменная, почвенная.
• Возможность существования вида в среде определяется лимитирующим фактором или ресурсом, находящимся в наибольшем дефиците, или условием среды, близким к пределу его выносливости. 
• Абиотические факторы действуют на каждый живой организм. В процессе эволюции возникают механизмы приспособления к ним. 

Проверь себя

Задание 1.
Выберите из предложенного списка животных пойкилотермных:

1. уж
2. кабан
3. человек
4. сапсан

Задание 2.
Какой пример относится к антропогенному фактору?

1. заболачивание почвы
2. горообразование
3. вспашка земли
4. уменьшение численности зайцев из-за роста популяции волков

Задание 3.
Выберите пример криофила:

1. крокодил
2. белый медведь 
3. верблюд
4. кактус

Задания 4.
Кто является автором закона минимума?

1. К. Линней
2. Ю.Либих
3. Ч. Дарвин
4. В. Опарин

Ответы: 1. — 1; 2. — 3; 3. — 2; 4. — 2.