32 Основні середовища існування та адаптації до них організмів. Способи терморегуляції організмів
Середовище існування
(середовище проживання) – це сукупність умов, у
яких мешкають особини, популяції та угруповання організмів різних видів.
Середовище існування є частиною природи, що безпосередньо оточує організми і
має на них прямий або непрямий вплив. Основними середовищами існування
організмів на Землі є наземно-повітряне, водне, ґрунтове та живі
організми.
1.
Наземно – повітряне середовище існування організмів.
Аеробіонти
(від грец. аерос – повітря, біонтос – той, хто живе) – організми, які
населяють наземно-повітряне середовище.
Наземно-повітряне
середовище існування – це найрізноманітніше за
своїми умовами середовище існування. Провідна роль у ньому належить таким
чинникам, як світло, температура, вологість і газовий склад атмосфери.
1.
Світло.
Світло надходить до нашої планети
від Сонця. У його спектрі виділяють три ділянки, які різняться біологічною
дією: ультрафіолетову, видиму та
інфрачервону.
Ультрафіолетові промені з довжиною хвиль до 0,29 мкм діють згубно на живу
матерію, але їх майже повністю поглинає озоновий екран. Ультрафіолетові
промені з довжиною хвиль 0,29-0,40 мкм у великих дозах негативно впливають на
живі організми, бо слугують мутагенами, проте в невеликих кількостях ці
промені потрібні тваринам (сприяють синтезу в шкірі вітаміну D).
На частку видимих променів (з довжиною
хвиль 0,41-0,74) припадає близько 50% сонячного випромінювання, яке сягає
поверхні Землі. Завдяки їхній енергії відбувається фотосинтез.
Інфрачервоні промені з довжиною хвиль
понад 0,75 мкм слугують джерелом теплової енергії для живих істот. Багато видів (наприклад,
рослини, комахи, земноводні, плазуни) використовують її для підвищення
температури свого тіла.
Щодо вимог до умов освітленості рослини поділяють на світлолюбні, тіньовитривалі та тіньолюбні.
Світлолюбні види
(береза, сосна, ковила та ін.) мають нижче стебло порівняно з видами, що
мешкають у затінку, пагони з укороченими міжвузлями й сильно розгалужені,
листки зазвичай дрібні або із розсіченими листковими пластинками, вкриті
товстою кутикулою. На нижньому боці листка може бути густе опушення з волосків
тощо.
У тіньолюбних рослин
(зелені мохи, плаун булавоподібний, квасениця звичайна, смерека тощо) листки
темно-зеленого кольору з високою концентрацією хлорофілу, число продихів на
одиницю поверхні листка менше, ніж у світлолюбних. Листки в тіньолюбних рослин
здебільшого розташовані горизонтально чи утворюють листкову мозаїку.
Тіньовитривалим
рослинам (дуб звичайний, липа серцелиста, бузок звичайний та ін.) властиві
адаптації, притаманні як світлолюбним, так і тіньолюбним видам. Так, на одній
рослині можуть бути листки різних типів, залежно від того, за якого режиму
освітленості вони сформувалися: листки, розташовані по периферії крони, мають
структуру притаманну листкам світлолюбних рослин, а в її глибині – подібні до
листків тіньолюбних.
Якщо рослини зростають у місцевості, де
періодично змінюється світловий режим, то в різні сезони у них можуть
відповідно з’являтись листки, притаманні або світлолюбним, або тіньолюбним
рослинам.
Стосовно
ступеня освітленості серед тварини
виділяють дві групи: «нічну» (активні
вночі) та «денну» (активні у світлу частину доби).
У представників
«денної» групи зазвичай добре розвинений зір, вони здатні розрізняти кольори,
часто мають яскраве забарвлення. Натомість у представників «нічної» групи, а
також видів, що походять від предків, які вели нічний спосіб життя
(представники родин Вовчі, Котячі тощо), кольоровий зір розвинений погано, очі
можуть мати великі розміри (наприклад, у сов, лемурів), що дає можливість
уловлювати незначну кількість світла.
У тварин, що
мешкають за відсутності світла (мешканці глибоких шарів ґрунту, печер тощо),
органи зору сильно редуковані (кріт, сліпак) або можуть узагалі втрачатись
(як-от, у хвостатої амфібії – протея).
Світло – це єдиний чинник, зміни якого
ритмічні, і тому є основним сигнальним чинником, що зумовлює наявність в
організмів сезонних і добових ритмів.
2.Температура.
Температура навколишнього середовища відіграє винятково важливу роль у
житті організмів, бо впливає на їхню
температуру тіла. Температура тіла, у свою чергу, впливає на швидкість
реакцій обміну речовин: низькі
температури їх гальмують, а дуже високі можуть спричинити денатурацію
білків, зокрема ферментів. Для
більшості організмів оптимальні значення температури мають досить вузькі
межі: від +10 до +30С. Але в неактивному стані живі істоти здатні витримувати
значно ширший діапазон температур: від -200 до +100С. Наприклад, спори деяких
бактерій здатні нетривалий період витримувати температуру до +180С, а
цисти найпростіших і коловерток, яйця
круглих червів, насіння і пилок рослин після зневоднення не
втрачають життєздатність за температури, близької до абсолютного нуля (-271,16С).
Щоб пережити несприятливі умови,
багато живих істот впадає в стан заціпеніння – анабіоз. Це стан організму,
за якого не помітні прояви життєдіяльності внаслідок значного гальмування
процесів обміну речовин. Він супроводжується
великими втратами води (до 75%).
Коли ж настають сприятливі умови, організми виходять зі стану анабіозу і
життєві процеси відновлюються.
Види,
пристосовані до життя за низьких
температур, називають кріофілами, або
холодолюбними. Вони здатні зберігати активність
навіть доті, коли температура
їхнього внутрішнього середовища знижується до -7....-10С (деякі бактерії,
лишайники, мохи, членистоногі тощо). Прикладом таких організмів
є хламідомонада снігова, снігова муха, безкрилі зимові комарі, білий ведмідь.
Рослини – мешканці тундри, високогір’я тощо, мають низьке стебло, яке часто
стелиться по землі. В їхньому клітинному соку накопичуються цукри, що знижує
точку замерзання цитоплазми. У комах ця точка замерзання знижується
завдяки присутності в гемолімфі гліцерину (скорпіонові мухи-льодовичники
можуть рухатись по снігу навіть при –20 .С.
Термофіли, або
теплолюбні види
мешкають за високих температур(до +50С, іноді – вищі) довкілля.
Наприклад, деякі бактерії, ціанобактерії, членистоногі
мешкають у гарячих джерелах при температурах до +80С. Їхні адаптації пов’язані з особливостями будови білків та інших
макромолекул, стійких до дії цього чинника. Це ціанобактерії гарячих джерел,
археї чорних курців, тварини пустель, тропічні птахи. Теплокровні тварини часто мають добре розвинений
волосяний або пір’яний покрив,
підшкірний жировий прошарок для забезпечення теплоізоляції. Багато тварин
здатні до терморегуляції.
3.Вологість.
У процесі
пристосування до існування в наземно-повітряному середовищі в організмів
виробилися адаптації до добування води, економного споживання вологи й
переживання посушливих періодів. Так, у рослин посушливих місцезростань
коренева система здатна проникати на значну глибину (сосна звичайна,
верблюжа колючка), що допомагає здобувати ґрунтові води, або добре
розгалужена в поверхневих шарах ґрунту (кактуси), що забезпечує ефективне
засвоєння вологи зі значної площі під час короткочасних дощів. У таких рослин
також зменшується площа листкових пластинок, потовщується їхня
кутикула, зменшується кількість продихів, листки часто видозмінюються на голки,
лусочки тощо, а функцію фотосинтезу перебирає на себе зелене стебло
(кактуси, верблюжа колючка). Деякі багаторічні рослини здатні накопичувати
вологу в листках (алое, молодило) або стеблах (кактуси) і потім її економно
витрачати. Такі рослини називають сукулентами. Багаторічні трав’янисті
рослини здатні переживати посушливий період у вигляді видозмінених підземних
пагонів (кореневищ, цибулин, бульбоци булин тощо), тоді як їхня надземна
частина відмирає. Дерева й кущі зменшують випаровування в посушливий період, скидаючи
листки. Однією з умов нормального існування рослин у наземно-повітряному
середовищі є адаптації до підтримання водного балансу, тобто певного
співвідношення між кількістю води, яка поглинається рослинами, та тією її
кількістю, яку вони витрачають. Якщо вологолюбні рослини (росичка, зозулин льон,
бальзамін) можуть зростати лише за умов високої зволоженості або заболоченості
грунтів, то посухостійкі рослини (ковила, типчак, кактуси) мають пристосування,
що дають змогу здобувати воду за її нестачі, обмежувати її випаровування або
запасати у своїх органах. На відміну від сукулентів, у склерофітів –
сухих рослин, жорсткі пагони з добре розвиненими механічними тканинами, листки
дрібні, часто згорнуті у трубку(саксаул, ковила тощо).
Серед тварин, як і
серед рослин, виділяють вологолюбні(гігрофіли)
(мокриці, амфібії, дощові червʼяки, росянка тощо), посухолюбні(ксерофіли) (пустельні комахи, павукоподібні, рептилії,
саксаул, ковила, тушканчики, верблюди) та посухостійкі
(більшість наземних тварин) види.
За вибагливістю до вологи розрізняють
такі групи рослин:
Гідатофіти - Повністю або частково
ростуть у воді - Елодея, ряска
Гідрофіти - Частково занурені у воду і
ростуть по берегах - Калюжниця, очерет
Гігрофіти - Ростуть в умовах підвищеної
вологості - Рис, росичка
Мезофіти- Ростуть в умовах помірної
вологості - Конвалія, квасениця
Ксерофіти- Рослини посушливих місць -
Ковила, кактуси
Усі адаптації до
регуляції водного балансу в тварин поділяють на морфологічні, фізіологічні
та етологічні.
Прикладами морфологічних адаптацій є добре розвинений шар епікутикули (зовнішній її ліпідний
шар) у багатьох членистоногих зроговілі
лусочки та щитки плазунів, мушлі черевоногих молюсків. Так, під час посухи
наземні молюски повністю ховаються в мушлях і виділяють слиз, який застигає на
повітрі у вигляді плівочки, що закриває устя й запобігає випаровуванню вологи.
Фізіологічні
адаптації пов’язані з особливостями життєвих функцій тварин. Так,
багато мешканців посушливих місцеіснувань здатні до утворення метаболічної
води завдяки окисненню запасів жиру (верблюди, гризуни, комахи та ін.). У
комах особливі залози стінок задньої кишки всмоктують воду з неперетравлених
решток їжі та продуктів обміну речовин, завдяки чому вона залишається в
організмі. Іншими прикладами фізіологічних адаптацій до економії води в
організмі тварин є регуляція інтенсивності виділення поту та випаровування
через слизові оболонки, підвищення витривалості до зневоднення організму.
Прикладом фізіологічних адаптацій, спрямованих на економію води в організмі, є
також особливості терморегуляції тварин. Так, у пойкілотермних тварин
(наприклад, рептилій) нагрівання тіла до температури довкілля зменшує
випаровування води, що потрібно для охолодження тіла.
Етологічні
способи регуляції водного балансу пов’язані зі зміною
поведінки тварин. Так, великі хребетні тварини здатні здійснювати значні міграції
до джерел води (слони, антилопи) або споруджувати підземні нори, у
яких вологість повітря під час посухи значно вища тощо. Тварини посушливих
місцеіснувань часто активні вночі, коли повітря вологіше та
прохолодніше. На період тривалої посухи тварини можуть впадати у діапаузу – стан тимчасового
фізіологічного спокою, який характеризується призупиненням росту, розвитку та
зниженням загального рівня обміну речовин.
4. Газовий склад повітря.
Головними складовими нижніх шарів атмосфери є кисень (близько 21%),
вуглекислий газ (близько 0,03%) та азот (понад 78%). Кисень необхідний живим істотам для аеробного дихання. Аероби – організми, здатні існувати лише в кисневмісному середовищі. Представниками
групи є більшість рослин, тварин і грибів.
За умов нестачі або повної відсутності кисню виживають лише організми, здатні отримувати необхідну
їм енергію за допомогою безкисневого
розщеплення органічних сполук (анаеробне дихання). Це
анаеробні бактерії, дріжджеві гриби, внутрішні паразити, глибоководні
організми.
Вуглекислий газ негативно впливає на
життєдіяльність, оскільки підвищення його концентрації в довкіллі гальмує
процеси дихання, але до певного ступеня сприяє інтенсифікації фотосинтезу,
зниження – гальмує. Зростання його концентрації підвищує температуру атмосфери, оскільки завдяки
високій теплоємності він акумулює тепло.
Азот для більшості організмів є інертним
газом. Проте певні види (азотфіксуючі бактерії) здатні фіксувати атмосферний
азот і переводити його у сполуки, які можуть засвоюватись зеленими рослинами.
Основними пристосуваннями організмів до існування в
наземно-повітряному середовищі існування є:
• до дії світла – фотосинтез
(використовуються видимі промені – особливо сині і червоні, які майже не
затримуються атмосферою та водою і тому забезпечують проходження фотосинтезу і
при похмурій погоді, і під шаром води), фотоперіодизм, фототропізми,
фототаксиси, фотонастії, утворення вітаміну D, чорно-білий і кольоровий зір,
нічні та денні тварини, використання комахами ультрафіолетових променів для
орієнтування на місцевості, для сприйняття навколишнього;
• до дії температури – наявність
у крові "біологічних антифризів" – речовин, які понижують точку
замерзання і перешкоджають утворенню кристаликів льоду (глікопротеїди в
арктичних риб); артеріо-венозні "теплообмінники" у птахів, водяних
ссавців холодних вод; випаровування вологи через продихи, перехід до
неактивного стану (зимовий спокій, сплячка, заціпеніння, діапауза), теплоізолюючі
покриви і відкладання жирів, тремтіння (мікроскорочення м'язів) у тварин; "вільне"
тканинне дихання, при якому випадає фаза утворення АТФ, і більша частина
енергії одразу ж використовується у вигляді тепла; світловідбиваюча
кутикула, форма, розміри, наявність волосків у листків.
• до вологи – проникнення
кореневої системи на значну глибину, зменшення площі листків, видозміни
листків, накопичення води у листках або стеблах, накопичення жирів, які при
розщепленні дають воду, листопад, наявність покривів проти випаровування води
та ін.
2. Водне
середовище існування.
У краплині води
відбивається Всесвіт.
Арабське прислів 'я
Водне середовище життя за своїми умовами значно відрізняється від наземно –
повітряного. Воно характеризується високою
густиною, меншим вмістом кисню, значними перепадами тиску, різні типи
водойм відрізняються за концентрацією солей, швидкістю течії тощо. Мешканці
водойм – гідробіонти – пристосовані
як до життя у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм чи зони
Світового океану.
Екологічні групи гідробіонтів. Живі
організми населяють всі зони Світового океану.
1. Планктонні організми:
бактерії, ціанобактерії, водорості, радіолярії, медузи, дрібні ракоподібні,
личинки кісткових риб тощо. Багато з них можуть активно плавати (за допомогою
джгутиків, війок, скорочення м’язових волоконець), але не здатні протистояти течіям,
що переміщують маси планктону на значні
відстані. Планктонні організми мають пристосування для забезпечення
плавучості: дрібні розміри, різноманітні
вирости тіла, високий вміст води у тканинах, зниження питомої маси (полегшення скелетних елементів,
наявність жирових включень, газових вакуоль тощо) та ін. Планктонним організмам
притаманні періодичні (добові, сезонні
тощо) вертикальні чи горизонтальні переміщення, пов’язані з розмноженням,
живленням, змінами температури, солоності води тощо.
2. Нектонні організми – більшість риб, головоногох молюсків,
китоподібні – здатні до активного пересування в товщі води незалежно від
напрямку течії. Вони мають обтічну форму тіла та добре розвинені органи руху. Покриви представників нектону часто
вкриті слизом, що зменшує тертя при пересуванні у водній товщі. Наявність у
багатьох риб плавального міхура, заповненого газом, дає їм змогу з мінімальними
витратами енергії змінювати положення у товщі води. Деякі з нектонних
організмів (як-от летючі риби, деякі кальмари), розігнавшись зі значною
швидкістю під водою, можуть вистрибувати з неї і певну відстань пролітати над
її поверхнею.
3. До складу бентосу входять організми, які мешкають на поверхні та в товщі дна
водойм: форамініфери, коралові поліпи, круглі та багатощетинкові черви, двостулкові
та деякі інші молюски, ракоподібні – вусоногі раки, краби, омари, голкошкірі,
придонні риби (наприклад, бички), деякі водорості, ціанобактерії, бактерії та
ін.. Ці організми мають пристосування для пересування по дну, прикріплення до
нього, закопування в його товщу тощо. Поширення більшості видів забезпечують
певні фази життєвих циклів (спори, личинки).
4. Організми, які оселяються на різних субстратах у товщі води (днища
кораблів, гідротехнічні споруди, панцирі водних черепах тощо), належать до перифітону (губки, частина водоростей,
вусоногі ракоподібні та ін.). Їхні адаптації –
різноманітні способи прикріплення до поверхонь. Розселення представників
перифітону, так само, як і бентосу, відбувається під час рухливої фази їхнього
життєвого циклу (спори із джгутиками, личинки тощо).
5. Своєрідну групу – нейстон –
становлять організми, які мешкають на межі водного та наземно-повітряного
середовищ, населяючи поверхневу плівку води. До
нейстону належать клопи-водомірки, деякі одноклітинні водорості, жуки-вертячки,
личинки комарів, деякі черепашкові раки. Одні з них використовують сили поверхневого натягу води для пересування по
водній плівці, цьому сприяє незмочуваність тіла (наприклад, клопи-водомірки,
жуки-вертячки, деякі види павуків ). Інші підвішуються до водної плівки або спираються на неї знизу (личинки
комарів, найпростіші, молодь риб).
6. Окрему групу
складають амфібіонтні організми (від
грец. амфі – з обох боків, подвійний та біос – життя), які відносно добре
адаптовані до існування як у водному, так і наземно-повітряному середовищі.
Типовими амфібіонтами є амфібії, серед рослин – стрілолист, або стрілиця.
Основні властивості водного середовища.
Серед екологічних чинників водного середовища життя провідна роль належить
температурі, освітленості, тиску, газовому режиму, солоності, рельєфу дна, швидкість пересування водних мас тощо.
1.
Температурний режим. Висока питома
теплоємність води зумовлює значно менші коливання температури в її поверхневих
шарах води порівняно з повітрям. Зокрема, річні коливання температур у
поверхневих шарах океану не перевищують +10...+15С, а на великих глибинах
температура взагалі стала: від +1,5 до – 2С, але різні типи водойм значно
відрізняються за температурним режимом; відповідно і показники оптимальних
температур для тих чи інших гідробіонтів дуже різняться. Для
теплолюбних видів гідробіонтів характерна підвищена термостійкість білків і
статевих клітин, а їхні ферменти активніші за вищих значень температури.
2. Освітленість водойм швидко
зменшується зі збільшенням глибини. Зазвичай на глибинах понад 150-250м
фотосинтезуючі водорості існувати не можуть. На максимальній глибині – 270м
мешкають червоні водорості, здатні
вловлювати слабке розсіяне світло. На глибини понад 1500м світло взагалі
не проникає. Деякі глибоководні організми (кишковопорожнинні, ракоподібні,
молюски, риби) самі можуть виробляти світло завдяки окисненню певних ліпідів(люциферину) за участі ферменту люциферази – це явище біолюмінесценції. Світлові сигнали –
засіб спілкування глибоководних тварин – за їх допомогою зустрічаються особини
різних статей та ін..
У мешканців великих
глибин часто відсутній або недорозвинений вапняковий скелет, оскільки в
умовах високого тиску на великій глибині кальцій карбонат стає розчинним у
воді. Так, у глибоководних форамініфер скелет стає органічним або заміщується
барій карбонатом, у губок він складається з кремнезему. У певних видів
глибоководних риб кістковий скелет заміщується хрящовим. Унаслідок
існування в суцільній темряві у глибоководних тварин часто відсутні очі або,
навпаки, їхній розмір значно збільшується (телескопічні очі). Забарвлення
таких організмів зазвичай темне або бліде.
3.
Хімічний склад води також значно
впливає на умови життя гідробіонтів. Так, різні солі, наприклад карбонат
кальцію, потрібні для побудови черепашок
(форамініфер, молюсків), зовнішнього (мадрепорові корали, ракоподібні
тощо) чи внутрішнього (риби)скелета. Гідробіонти вилучають з води та
використовують завислі в ній органічні частинки, розчинені сполуки Нітрогену,
Фосфору, Силіцію, Феруму тощо.
Різні типи водойм
відрізняються за своїм сольовим складом.
Мешканці прісних водойм виводять надлишок води з організму (скоротливі вакуолі
одноклітинних еукаріотів, органи виділення багатоклітинних). За високої
солоності води організми, навпаки, вимушені запобігати її виходу
назовні(зокрема, завдяки непроникним для води покривам).
4. Уміст газів. У воді вміст
кисню в 20-30 разів нижчий, ніж в атмосферному повітрі. Кисень надходить у
водне середовище з атмосфери завдяки дифузії; також його виділяють
фотосинтетики – мешканці верхніх шарів водойм. Тому зі збільшенням глибини концентрація кисню
зменшується, а в природних шарах вона зовсім незначна та умови існування можуть
наближатись до анаеробних. Тож глибоководні мешканці пристосовані до існування
в умовах дефіциту кисню. Зменшується вміст Оксигену також зі зростанням
температури чи солоності води.
5.
Тиск води – один з провідних
факторів водного середовища. При зануренні на кожні 10м тиск зростає приблизно
на 1 атмосферу, на великих глибинах він може перевищувати 1000 атмосфер.
Більшість видів водяних тварин саме завдяки тиску мешкає на певних глибинах
(наприклад, кільчастий черв піскожил мешкає здебільшого у припливно-відпливній
зоні, а кистепера риба – латимерія – на
глибинах 400-1000м). Лише окремі види можуть жити від припливно-відпливної зони до глибин у кілька
тисяч метрів.
6. Переміщення водних мас
зумовлені зміною положення Землі відносно Сонця і Місяця відносно Землі
(припливи та відпливи), земним тяжінням (течії річок), впливом вітру тощо. Рух
води забезпечує міграції гідробіонтів, переміщення поживних часток та кисню.
Пристосування організмів до постійних
переміщень водних мас дуже різноманітні.
Зміна інтенсивності
освітленості, температури, вмісту солей, газів тощо може спричинити вертикальні міграції. Так, після
випадіння рясних дощів верхні шари морів опріснюються, й гідробіонти
переміщуються у глибші шари води зі сталою солоністю. Рачки-еуфаузіїди вдень
мігрують у верхні шари води, оскільки сонячні промені потрібні їм для утворення
вітаміну А з каротиноїдів, отриманих з їжею.
Адаптації гідробіонтів до
пересихання водойм.
Організми,
які населяють водойми, що тимчасово або періодично пересихають, зазвичай мають
короткі періоди розвитку і здатні за невеликий проміжок часу значно збільшувати
свою чисельність. Посушливий період ці істоти переживають у неактивному
стані (у вигляді яєць, цист, спор
тощо). Так, яйця рачків-щитнів або голих зяброногів у висушеному стані можуть
перебувати до 8–15 років, не втрачаючи життєздатності. На період посухи деякі
гідробіонти закопуються у ґрунт (війчасті і малощетинкові черви, водні
комахи та їхні личинки, деякі риби тощо), інколи формуючи зовнішню захисну
оболонку. Наприклад, дводишні риба – африканський протоптер(лусковик), може закопуватись у мул
на глибину до 1м і утворювати навколо себе захисну капсулу із часток мулу,
склеєних слизом шкірних залоз. У такому стані риба може перебувати до 9 місяців
(в умовах експерименту – до 4 років) і виходить з нього лише після того, як
водойма заповнюється водою. Так само посуху переживають і риби наших прісних
водойм – в’юни.
Отже, водне
середовище є найпостійнішим за своїми умовами середовищем існування,
особливості якого: висока густина води, висока теплоємність, що обумовлює
значно менші коливання температури, освітленість водойм зменшується зі
збільшенням глибини, вода поглинає промені світла, у воді є розчинені солі,
вміст цих солей впливає на надходження їх в організм, із збільшенням глибини
концентрація кисню у воді знижується, при зануренні на кожні 10 м тиск зростає
приблизно на 1 атмосферу, водні маси можуть пересуватися та ін..
Проживання у водному
середовищі забезпечують такі пристосування:
-
у водяних тварин –
забезпечення плавучості накопиченням жирів у клітинах і органах;
-
наявність органів,
які забезпечують активне переміщення;
-
біолюмінесція у
глибоководних тварин (вироблення світла за рахунок окиснення певних речовин),
-
зяброве дихання у
риб,
-
зовнішнє
запліднення,
-
забарвлення тіла,
наявність сольових залоз у морських птахів та ін.;
-
у водяних рослин –
збільшення поверхні тіла, посилений розвиток міжклітинників, інтенсивне
вегетативне розмноженням ін.
2. Грунт як середовище існування.
Грунт – це верхній родючий шар твердої оболонки Землі,
утворений діяльністю живих організмів. Він складається із заповнених водою або
повітрям невеликих шпарин між частинками глини, піщанками та органічними
речовинами.
Зовнішній шар грунту – гумусовий.
Він темнозабарвлений завдяки високому
вмісту особливих органічних речовин – гумусових кислот. Гумус склеює дрібні
грунтові частки в більші за розміром, збільшуючи шпаристість грунту. Це полегшує надходження повітря до підземних
частин рослин. Гумус становить основу
грунтового живлення рослин завдяки постійному біогенному розкладу до
мінеральних речовин.
У ґрунтах різних типів різне й співвідношення
органічних і неорганічних сполук. Так, у підзолистих і болотних ґрунтах
переважають органічні речовини, у чорноземах – співвідношення мінеральних та
органічних речовин приблизно однакове, а в каштанових ґрунтах і сіроземах
переважають мінеральні сполуки. Значні запаси органічних речовин (гумусу) у
ґрунті створюють кормову базу для різноманітних груп організмів.
Над грунтом розташований шар підстилки, що складається переважно з
рослинного опаду. За активної участі живих організмів (бактерій, грибів,
тварин) органічні рештки підстилки активно перероблюються,
утворюється подрібнена органіка, перемішана з мінеральними частинками, яка
надходить до верхнього шару ґрунту.
Грунт – це середовище з більш
постійними умовами порівняно з
наземно-повітряним. Характерною рисою ґрунту як
середовища мешкання різних груп організмів є порівняно невелика амплітуда добових
і річних коливань температури. За
допомогою вертикальних міграцій у його товщі грунтові організми знаходять
оптимальні умови існування. Більшість мешканців грунту потребує підвищеної вологості, що пов’язано з характером живлення або нездатністю покривів
утримувати вологу в тілі. Склад грунтового повітря
відрізняється від атмосферного: вміст вуглекислого газу в 10 – 100 разів вищий,
а кисень – в декілька разів нижчий. Кисень надходить здебільшого з атмосферного
повітря, тому його більше у верхніх шарах грунту.
У грунтах існують багатовидові угруповання. Згідно
з В.І. Вернадським, усі організми, які населяють ґрунт, становлять його живу
речовину. Вона здійснює основні ланки процесу ґрунтоутворення: синтез і
руйнування органічної речовини, вибіркову концентрацію біологічно важливих
хімічних елементів, руйнування й новоутворення мінералів, міграцію речовин
ґрунтом.
Різноманітність умов
існування визначає багатий видовий склад мешканців ґрунту.
Тут розташовані кореневі системи і видозміни пагонів вищих рослин. На
поверхні й у верхніх шарах мешкають водорості (зелені, жовто-зелені,
діатомові), лишайники, ціанобактерії. Бактерії та гриби населяють всю
товщу грунтів.
Серед ґрунтових
бактерій є автотрофи(переважно хемосинтетики – нітрифікуючи бактерії та ін.) і
гетеротрофи (сапротрофи, симбіонти, збудники різноманітних захворювань людини,
тварин і рослин та їхні спори).
Ґрунтові гриби
трапляються у ґрунтах різних типів, там, де хоча б у незначних кількостях є
органічні рештки. Пригадаймо: серед ґрунтових грибів є як сапротрофи, так і
симбіотичні види – паразитичні(паразити надземних і підземних частин рослин
тощо) та мутуалістичні (вступають у симбіоз з кореневою системою рослин) форми.
Усі голонасінні рослини та близько 85 % дводольних беруть участь в утворенні мікоризи.
У грунті постійно мешкають різні
найпростіші, круглі і кільчасті черви, членистоногі (комахи, багатоніжки,
павукоподібні, ракоподібні), черевоногі молюски, хребетні тварини (кроти,
землерийки, сліпаки). Багато видів мешкають в грунтах лише на певних фазах
розвитку (наприклад, личинки хрущів) або під час несприятливих періодів –
холодів, посух(ропухи, деякі комахи, лускаті рептилії) та ін..
Серед
грунтових тварин є фітофаги, хижаки, паразити тощо. Проте більшість з
них є сапротрофами – організмами, які споживають мертву органіку.
Основні ланки процесів грунтоутворення вони здійснюють разом з грунтовими
бактеріями та грибами. Крім того, вони перемішують грунт, поліпшують його
структуру.
Група зообіонтів
поєднує безхребетних й хребетних тварин. Головною функцією цих організмів у
ґрунтоутворенні є споживання й розщеплення органічних речовин та перетворення
енергії. Особливо важливу роль у ґрунтоутворенні відіграють дощові черв’яки.
«Навряд чи знайдуться інші тварини, які грали б настільки велику роль в історії
світу, як дощові черв’яки», – так оцінював значення цих тварин Ч. Дарвін.
Дощові черв’яки утворюють густу мережу ходів, що поліпшує пористість ґрунту,
аерацію, вологоємність. Їхні продукти життєдіяльності впливають на структуру
ґрунту, знижують кислотність та збільшують вміст гумусу.
В процесі життєдіяльності рослини здійснюють біогенну
міграцію хімічних елементів і речовин, акумулюють Нітроген у верхньому
горизонті ґрунту, концентрують хімічні елементи в ґрунті.
Залежно
від розмірів та осередків життя ґрунтових зообіонтів
поділяють на такі групи, як мікро-, мезо-, макро- та мегафауна. Мікрофауна
– організми мікроскопічних розмірів (до 1 мм), для яких ґрунт є системою
мікроводойм (твариноподібні організми). Мезофауна – організми дрібних
розмірів (до 2 – 3 мм), які проживають у системі заповнених повітрям порожнин
ґрунту. До цієї групи належать переважно нематоди й членистоногі(кліщі,
ногохвістки, псевдоскорпіони, нематоди). Макрофауна – великі ґрунтові
організми (із розмірами тіла 2 – 50 мм), для яких осередками життя є щільні
шари
землі. Це жужелиці, мокриці,
багатоніжки, дощові черв’яки, ведмедки тощо. Мегафауна – організми, які
мають найбільші розміри серед усіх едафобіонтів (сліпаки, цокори, кроти,
сумчасті кроти, голі землекопи). Вони прокладають у ґрунті цілі системи ходів і
нір. Прикладами адаптацій цих тварин є розвинутий нюх й слабкий зір, компактне,
валькувате тіло з короткою шиєю, коротке густе хутро, сильні копальні кінцівки
з міцними кігтями та ін.
Отже, едафобіонтами
є різні за розмірами ґрунтові бактерії, водорості, вищі рослини, гриби,
твариноподібні організми та справжні тварини, які здійснюють три групи
ґрунтових біологічних процесів: 1) глибоке перетворення органічного та
частково мінерального складу ґрунту; 2) кругообіг хімічних елементів; 3) вплив
на фізичні та хімічні властивості ґрунту.
4.Способи терморегуляції організмів.
Новини науки
За допомогою
інфрачервоних теплових камер австралійські науковці виявили, що під час спеки
сірі коали (Phascolarctos cinereus) спускалися по деревах нижче, де стовбури
прохолодніші, й притискалися до них. У спеку, коли повітря прогрівалося до 39
°С, температура стовбурів була на 7 °С нижчою. Коали використовують стовбури як
тепловий насос, що забирає надлишок тепла і є одним із механізмів фізичної
терморегуляції. А якими є основні способи терморегуляції в організмів?
Терморегуляція - здатність підтримувати стале співвідношення між
виробленням тепла (теплопродукцією) в організмі або його поглинанням з
довкіллям та втратами теплової енергії (тепловіддачею).
Розрізняють три
основні способи терморегуляції – етологічний, фізичний і хімічний.
Етологічна (поведінкова) терморегуляція забезпечує регуляцію температури тіла через прояви поведінки. Основними
способами такої терморегуляції є зміна пози та активний пошук сприятливих
місць. У найпростіших така поведінка виражена простими нерефлекторними
термотаксисами, у вищих тварин – складними формами рефлекторної
індивідуальної (наприклад, риття нір), групової (наприклад, утворення
скупчень у люті морози у пінгвінів), соціальної (наприклад, регуляція
температури всередині гнізда у бджіл) та умовно-рефлекторної поведінки.
Більшість комах, рептилій та амфібій активно відшукують освітлені сонцем місця
для нагрівання тіла. Наприклад, прудка ящірка на сонці за 20 – 25 хв підвищує
температуру до 33 – 37 °С.
Фізична терморегуляція –
це сукупність фізичних процесів, спрямованих на зміну рівня тепловіддачі.
Основними процесами такої терморегуляції є конвекція, випаровування, теплообмін
та випромінювання. Прикладами екологічно вигідної й економної фізичної
терморегуляції є транспірація в рослин, чудесна сітка (лат. retе mirabile)
теплообмінників у зябрах деяких риб, рефлекторне розширення або звуження судин
шкіри, потовиділення у ссавців, сезонні зміни теплоізолювальних властивостей
пір’євого покриву птахів, товсті жирові прошарки у китів чи тюленів та ін.
Хімічна терморегуляція –
це сукупність хімічних процесів для активного збільшення теплоутворення у
відповідь на зниження температури середовища. Основою є реакції біологічного
окиснення та зміна рівня обміну речовин, що підвищує або знижує рівень
утворення тепла в організмі. Хімічна терморегуляція вимагає значних затрат
енергії. Проявами хімічної терморегуляції є виділення тепла під час м’язового
тремтіння, теплоутворення в клітинах бурої жирової тканини.
Отже, основними
способами регуляції температури тіла організмів є етологічна, фізична та
хімічна терморегуляції.
Як виживають організми в умовах змінних
температур?
Залежно
від джерела тепла та ступеня розвитку механізмів терморегуляції у живій природі
виокремлюють дві стратегії виживання організмів – пойкіло- й гомойотермію.
Пойкілотермія (холоднокровні)
– це стратегія виживання, за якої організми мають не температуру тіла, що
змінюється залежно від температури зовнішнього середовища і яка залежить від
тепла, що надходить ззовні. Пойкілотермність властива всім мікроорганізмам,
грибам, рослинам, безхребетним тваринам і значній частині хребетних (рибам,
амфібіям, рептиліям). Зовнішнє тепло ці організми отримують від сонячних
променів, нагрітої води, повітря, навколишніх предметів. У них переважає поведінковий
спосіб терморегуляції, що підтримує температуру тіла, яка зазвичай лише на
1 – 2 °С вища за температуру довкілля. Ряд пойкілотермних організмів має
здатність до фізичної терморегуляції (наприклад, тепловіддача через слизові
оболонки ротової порожнини у рептилій). Деякі види можуть утворювати внутрішнє
тепло (наприклад, джмелі, метелики-бражники, пітони), але воно генерується
внаслідок безпосередньої рухової активності. Загалом пойкілотермія не потребує
додаткових енергетичних затрат і забезпечує активність організмів лише у
вузькому діапазоні температур.
Гомойотермія
(від грец. гомойос – однаковий, термо – тепло) – це
стратегія виживання організмів зі сталою температурою тіла, яка не залежить від
температури зовнішнього середовища, а залежить від тепла, що утворюється
всередині. Гомойотермність властива птахам і ссавцям. Вони здатні підтримувати
сталу оптимальну температуру тіла завдяки високому рівню окиснювальних процесів
та еволюційному вдосконаленню кровоносної, дихальної та нервової систем. На
відміну від пойкілотермних організмів, для птахів й ссавців характерна хімічна
терморегуляція, що є потужним джерелом внутрішнього тепла. У гомойотермних
організмів наявні також різноманітні й досконаліші механізми фізичної та
етологічної терморегуляції. Загалом гомойотермія забезпечує біологічну
активність організмів у широкому діапазоні температур, але потребує значних
енергетичних затрат на терморегуляцію.
Отже, основними
стратегіями виживання організмів в температурних умовах, що змінюються, є
пойкілотермія й гомойотермія.
Адаптації
організмів щодо температури навколишнього середовища.
1.Адаптації тварин:
Залежність розмірів
і пропорцій тіла тварин у зв’язку із температурними умовами описують правила
Бергмана та Аллена.
Американський зоолог
Джоель Аллен (1838–1921) у 1877 р. помітив, що у багатьох ссавців і
птахів Північної півкулі відносні розміри кінцівок та інших виступаючих частин
тіла(хвостів, вух, дзьобів)
збільшуються з поширенням на південь. Цю закономірність назвали правилом Аллена.
Виступаючі частини тіла мають велику відносну поверхню, через яку відбувається
посилена тепловіддача. Так, в арктичної лисиці морда, ноги, вуха, хвіст менші,
аніж у звичайної лисиці, у якої, в свою чергу, розміри виступаючих частин
менші, аніж у фенека.
Це пов’язано з тим,
що в умовах жаркого клімату більші вуха, хвости тощо, які мають добре розвинену
сітку кровоносних капілярів, є спеціалізованими органами, що забезпечують
тепловіддачу.
Правило німецького
еколога Карла Бергмана(1814 – 1865) сформульоване
ще у 1847 р. й відображає адаптацію тварин для підтримання сталої температури
тіла за різних кліматичних умов: якщо два близькі види гомойотермних тварин
відрізняються розмірами, то більший мешкає в холоднішому, а дрібніший – у
теплішому кліматі. Поясненням цього правила є те, що у тварин теплоутворення
залежить від маси (об’єму) тіла, а тепловіддача
від площі поверхні тіла.
Оскільки у тварин
із більшими розмірами тіла співвідношення площі поверхні тіла до його об’єму
менше, ніж у дрібніших особин, то вони менше віддають тепла у довкілля і
відповідно менше витрачають енергії для підтримання сталої температури тіла.
Деяким видам гомойотермних тварин притаманна гетеротермія: у несприятливі періоди року вони можуть впадати у
сплячку, під час якої температура їхнього тіла знижується (взимку – бурі
ведмеді, їжаки, бабаки та ін., улітку під час посушливого періоду – мешканці
пустель і напів пустель– гризуни). Завдяки цьому вони знижують рівень обміну
речовин і не витрачають значних ресурсів.
Отже, біологічним
підґрунтям правил Бергмана та Алена, що вказують на залежність розмірів
гомойотермних тварин від температурних умов, є принцип взаємозв’язку між масою
та поверхнею тіла.
2.Адаптації рослин
Адаптації рослин
до змін температури довкілля пов’язані здебільшого з біохімічними,
фізіологічними та морфологічними механізмами. Рослини здатні віддавати
тепло завдяки великій площі випромінювання та транспірації(випаровування
вологи). Наприклад, у спекотну погоду завдяки транспірації температура поверхні
листків може бути нижчою за температуру навколишнього повітря на 4–6 С. Крім
того, рослини змінюють положення листків: під час сильного сонячного
опромінення вони повертають їх ребром у напрямку сонячних променів, а
тропічні рослини з родини Бобові за температури +35С і вище складають
листочки складного листка; деякі тропічні бобові можуть скручувати листки у
трубочку.
У рослин – мешканців пустель й напівпустель –
листки можуть бути сріблястими та блискучими, завдяки чому вони відбивають
інтенсивне світло.
Формування холодостійкості в рослин
пов’язане із загартовуванням, тобто з поступовим підвищенням здатності
витримувати низькі температури.
3. Домашнє завдання: Конспект.
Практична робота № 3
Тема: «Визначення ознак адаптованості різних організмів
до середовища існування».
Мета: формування умінь порівнювати особливості та адаптації різних мешканців до
певного середовища існування.
Хід роботи:
1.
Ознайомтесь із
різними видами адаптацій. Знайомтесь, а не переписуєте.
|
№ п/п
|
Форми адаптацiй
|
Характеристика
|
Приклади
|
|
1
|
Захисне забарвлення
|
-Це забарвлення, яке
вiдповiдає загальному типу довкiлля
|
- Темнiше та свiтлiше забарвлення зайцiв.
|
|
та форма
|
- Це форма подiбна до
навколишнього середовища
|
-
Комахи-паличники, схожi на сухi сучечки
|
|
|
2
|
Явище демонстрацii
|
Забарвлення i
поведiнка тварин робить iх дуже помiтними на тлi довкiлля
|
Погрозливi пози в кобри, плащеносної ящiрки,
забарвлення отруйних комах (колорадський жук, сонечко)
|
|
3
|
Попереджу-вальне забарвлення
|
Яскраве забарвлення,
що сигналiзує вороговi про небезпечнiсть контактiв iз цим органiзмом
|
Забарвлення жалючих комах ( оси, бджоли )
|
|
4
|
Погрозливi забарвлення та
поведiнка
|
Це спосiб вiдлякувати
ворогiв яскравим забарвленням та поведiнкою
|
Демонстрацiя зубiв ссавцями
|
|
5
|
Приваблюючi забарвлення та
поведiнка
|
Забезпечують зустрiч
тваринам рiзних статей або збiр у зграї для полювання
|
Статевий диморфiзм у павичiв
|
|
6
|
Мiмiкрiя бейтсiвська
|
Це здатнiсть до
наслiдування забарвлення чи форми захищених органiзмiв погано захищеними.
Вона досягаеться, якщо чисельнiсть незахищених органiзмiв значно менша за
чисельнiсть захищених
|
Несправжнi метелики пiстряки нагадують отруйних для
птахiв справжнiх пiстрякiв
|
|
7
|
Мiмiкрiя мюллерiвська
|
Кiлька захищених видiв
нагадують один одного за забарвленням i формою
|
Забарвлення отруй-них комах - сонечка,
клопа-солдатика …
|
|
8
|
Рiзна iнтенсивнiсть розмноження
|
Органiзми з
нетривалими перiодами життя, як правило, здатнi швидко розмножуватися.
Органiзми з тривалими перiодами життя, як правило, характеризуються
повiльними темпами розмноження; та, як правило,турбуються про нащадкiв
|
Комахи , мишоподiбнi гризуни; риба трiска… Ссавцi,
бiльшiсть птахiв,…
|
