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 относятся факторы космические (солнечная радиация)климатические (свет, температура, влажность, атмосферное давление, осадки, движение воздуха),эдафические или почвенные факторы (механический состав почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы),орографические факторы (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона),химические факторы (газовый состав воздуха, солевойсостави кислотность воды и почвенных растворов). Абиотические факторы воздействуют на живые организмы (прямо или косвенно) через те или иные стороны обмена веществ. Их особенностью является односторонность воздействия: организм может к ним приспособиться, но не оказывает на них существенного влияния.
I . Космические факторы
Биосфера, как среда обитания живых организмов, не изолирована от сложных процессов, протекающих в космическом пространстве, причем связанных непосредственно не только с Солнцем. На Землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество. Земля периодически сталкивается с астероидами, сближается с кометами. Через Галактику проходят вещества и волны, возникающие в результате вспышек сверхновых звезд. Разумеется, наша планета наиболее тесно связана с процессами, происходящими на Солнце, – с так называемой солнечной активностью. Суть этого явления состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных полях Солнца, в энергию движения газовых масс, быстрых частиц, коротковолнового электромагнитного излучения.
Наиболее интенсивные процессы наблюдаются в центрах активности, называемых активными областями, в которых наблюдается усиление магнитного поля, возникают области повышенной яркости, а также так называемые солнечные пятна. В активных областях могут происходить взрывоподобные выделения энергии, сопровождающиеся выбросами плазмы, внезапным появлением солнечных космических лучей, усилением коротковолнового и радиоизлучения. Известно, что изменения уровня вспышечной активности имеют циклический характер с обычным циклом, равным 22 годам, хотя известны колебания периодичностью от 4,3 до 1850 лет. Солнечная активность влияет на ряд жизненных процессов на Земле – от возникновения эпидемий и всплесков рождаемости до крупных климатических преобразований. Это было показано еще в 1915 г. русским ученым А. Л. Чижевским, основателем новой науки – гелиобиологии (от греч. хелиос - Солнце), рассматривающей воздействие изменений активности Солнца на биосферу Земли.
Таким образом, к числу важнейших космических факторов относится связанное с солнечной активностью электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн. Поглощение атмосферой Земли коротковолнового излучения приводит к образованию защитных оболочек, в частности озоносферы. Из других космических факторов следует назвать корпускулярное излучение Солнца.
Солнечная корона (верхняя часть солнечной атмосферы), состоящая в основном из ионизированных атомов водорода - протонов - с примесью гелия, непрерывно расширяется. Покидая корону, этот поток водородной плазмы распространяется в радиальном направлении и достигает Земли. Его и называют солнечным ветром. Он заполняет всю область солнечной системы; и постоянно обтекает Землю, взаимодействуя с ее магнитным полем. Понятно, что это связано с динамикой магнитной активности (например, магнитные бури) и непосредственно сказывается на жизни на Земле.
Изменения ионосферы в полярных областях Земли также связаны с солнечными космическими лучами, которые вызывают ионизацию. При мощных вспышках солнечной активности воздействие солнечных космических лучей может кратковременно превышать обычный фон галактических космических лучей. В настоящее время наукой накоплено много фактических материалов, иллюстрирующих влияние космических факторов на биосферные процессы. Доказана, в частности, чувствительность беспозвоночных животных к изменениям солнечной активности, установлена корреляция ее вариаций с динамикой нервной и сердечно-сосудистой систем человека, а также с динамикой заболеваний – наследственных, онкологических, инфекционных и др.
Особенности воздействия на биосферу со стороны космических факторов и проявлений солнечной активности состоят в том, что поверхность нашей планеты отделена от Космоса мощным слоем вещества в газообразном состоянии, т. е. атмосферой.
II . Климатические факторы
Важнейшая климатоформирующая функция принадлежит атмосфере как среде, воспринимающей космические и связанные с Солнцем факторы.
1. Свет. Энергия солнечного излучения распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Около 99 % ее составляют лучи с длиной волны 170-4000 нм, в том числе 48 % приходится на видимую часть спектра с длиной волны 400-760 нм, а 45 % - на инфракрасную (длина волны от 750 нм до 10" 3 м), около 7 % - на ультрафиолетовую (длина волны менее 400 нм). В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играет фотосинтетически активная радиация (380-710 нм).
Количество энергии солнечного излучения, поступающего к Земле (к верхней границе атмосферы), практически постоянно и оценивается значением 1370 Вт/м2. Эта величина называется солнечной постоянной.
Проходя через атмосферу, солнечное излучение рассеивается на молекулах газов, на взвешенных примесях (твердых и жидких), поглощается водяными парами, озоном, диоксидом углерода, пылевидными частицами. Рассеянное солнечное излучение частично доходит до земной поверхности. Его видимая часть создает свет днем при отсутствии прямых солнечных лучей, например при сильной облачности.
Энергия солнечного излучения не только поглощается поверхностью Земли, но и отражается ею в виде потока длинноволнового излучения. Более светло окрашенные поверхности отражают свет более интенсивно, чем темные. Так, чистый снег отражает 80-95 %, загрязненный - 40-50, черноземная почва - 5-14, светлый песок - 35-45, полог леса - 10-18%. Отношение отражаемого поверхностью потока солнечного излучения к поступившему называется альбедо.
С лучистой энергией Солнца связана освещенность земной поверхности, определяющаяся продолжительностью и интенсивностью светового потока. У растений и животных в процессе эволюции выработались глубокие физиологические, морфологические и поведенческие адаптации к динамике освещенности. У всех животных, включая человека, существуют так называемые циркадные (суточные) ритмы активности.
Требования организмов к определенной продолжительности темного, и светлого времени носят название фотопериодизма, причем особенно важное значение имеют сезонные колебания освещенности. Прогрессивная тенденция к уменьшению продолжительности светового дня от лета к осени служит информацией для подготовки к зимовке или спячке. Поскольку фотопериодические условия зависят от широты, у ряда видов (в первую очередь у насекомых) могут образовываться географические расы, различающиеся по пороговой продолжительности дня.
2. Температура
Температурная стратификация – это изменение температуры воды по глубине водного, объекта. Непрерывное, изменение температуры характерно для любых экологических систем. Часто для обозначения такого изменения используют слово "градиент". Однако температурная стратификация воды в водоеме – специфическое явление. Так, в летний период поверхностные воды нагреваются сильнее, чем глубинные. Поскольку более теплая вода имеет меньшую плотность и меньшую вязкость, то ее циркуляция происходит в поверхностном, нагретом слое и с более плотной и более вязкой холодной водой она не смешивается. Между теплым и холодным слоем образуется промежуточная зона с резким градиентом температуры, которую называют термоклиной. Общий температурный режим, связанный с периодическими (годовыми, сезонными, суточными) изменениями температуры, также является важнейшим условием обитания живых организмов в воде.
3. Влажность. Влажность воздуха – это содержание в воздухе водяного пара. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 1,5-2,0 км), где концентрируется примерно 50 % всей атмосферной влаги. Содержание водяного пара в воздухе зависит от температуры последнего.
4. Атмосферные осадки – это вода в жидком (капли) или твердом состоянии, выпадающая на земную поверхность из облаков или осаждающаяся непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков могут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная крупа, град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах.
Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров. Вследствие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных осадков. Выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) зоны земного шара. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм/год), в то время как в аридных зонах (например, в пустынях) – 0,18 мм/год.
Атмосферные осадки – важнейший фактор, оказывающий влияние на процессы загрязнения природной среды. Присутствие водяных паров (тумана) в воздухе при одновременном поступлении в него, например, диоксида серы приводит к тому, что последний превращается в сернистую кислоту, которая окисляется до серной. В условиях застоя воздуха (штиль) образуется устойчивый токсичный туман. Подобные вещества могут вымываться из атмосферы и выпадать на поверхность суши и океана. Типичным результатом являются так называемые кислотные дожди. Твердые примеси в атмосфере могут служить ядрами конденсации влаги, вызывая разные формы осадков.
5. Атмосферное давление. Нормальным давлением принято считать 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). В пределах поверхности земного шара существуют области высокого и низкого давления, причем наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы давления в одних и тех же точках. Различаются также морской и континентальный типы динамики атмосферного давления. Периодически возникающие области низкого давления носят название циклонов и характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали и перемещающегося в пространстве к центру. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков.
В противоположность им, антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра, в ряде случаев температурными инверсиями. При антициклонах могут возникать неблагоприятные с точки зрения переноса и рассеивания примесей метеорологические условия.
6. Движение воздуха. Причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т.е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.
Особенно важно знать, что ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий, теплоэнергетики, транспорта. Сила и направление ветра определяют режимы загрязненности окружающей среды. Например, штиль в сочетании с инверсией температуры воздуха рассматривается как неблагоприятные метеорологические условия (НМУ), способствующие длительному сильному загрязнению воздуха в районах промышленных предприятий и проживания людей.
Общие закономерности распределения уровней и региональных режимов экологических факторов
Географическая оболочка Земли (как и биосфера) неоднородна в пространстве, она дифференцирована на отличающиеся друг от друга территории. Ее последовательно делят на физико-географические пояса, географические зоны, внутризональные горные и равнинные области и подобласти, подзоны и т. д.
Физико-географический пояс – это крупнейшая таксономическая единица географической оболочки, слагающаяся из ряда географических зон, близких по тепловому балансу и режиму увлажнения.
Выделяют, в частности, арктический и антарктический, субарктический и субантарктический, северные и южные умеренные и субтропические, субэкваториальный и экваториальный пояса.
Географическая (она же – природная, ландшафтная) зона – это значительная часть физико-географического пояса с особым характером геоморфологических процессов, с особыми типами климата, растительности, почв, животного и растительного мира.
Зоны имеют преимущественно (хотя далеко не всегда) вытянутые в широком плане очертания и характеризуются сходными природными условиями, определенной последовательностью в зависимости от широтного положения – это широтная географическая зональность, обусловленная главным образом характером распределения солнечной энергии по широтам, т. е. с уменьшением ее прихода от экватора к полюсам и неравномерностью увлажнения.
Наряду с широтной существует также типичная для горных районов вертикальная (или высотная) зональность, т. е. смена растительности, животного мира, почв, климатических условий, по мере подъема от уровня моря, связанная в основном с изменением теплового баланса: перепад температуры воздуха составляет 0,6-1,0 °С на каждые 100 м высоты.
III . Эдафические или почвенные факторы
Согласно определению В. Р. Вильямса, почва – рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от физических и химических свойств почвы, которые в совокупности представляют собой эдафогенные (от греч. эдафос - почва), или эдафические, факторы.
1. Механический состав почвы . Почва – продукт физического, химического и биологического преобразования (выветривания) горных пород, является трехфазной средой, содержащей твердые; жидкие и газообразные компоненты. Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты.
В мире существует множество типов почв, связанных с различными климатическими условиями и спецификой процессов их образования. Почвы характеризуются определенной поясностью, хотя пояса далеко не всегда имеют сплошной характер. Среди главнейших типов почв России можно назвать тундровые, подзолистые почвы таежно-лесной зоны (самые распространенные), черноземы, серые лесные почвы, каштановые почвы (к югу и востоку от черноземных), бурые почвы (характерны для сухих степей и полупустынь), красноземы, солончаки и др.
В результате перемещения и превращения веществ почва обычно расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых на разрезе образует профиль почвы (рис. 2), который в общем виде выглядит следующим образом:
самый верхний горизонт (А 1 ), содержащий продукты перегнивания органики, является наиболее плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным, имеет зернисто-комковатую или слоистую структуру. Именно в нем происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Гумус имеет разную окраску.
Над гумусовым горизонтом располагается слой растительного опада, который принято называть подстилкой (А 0 ,). Он состоит из еще не разложившихся растительных остатков.
Ниже гумусового горизонта расположен малоплодородный белесый слой толщиной 10-12 см (А 2). Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами. Поэтому его называют горизонтом вымывания или выщелачивания (элювиальным). Собственно он и является подзолистым горизонтом. Слабо растворяются и остаются в этом горизонте кварц и оксид алюминия.
Еще ниже залегает материнская порода (С).
Абиотические факторы. Температура
Абиотические факторы — все компоненты и явления неживой природы.
Температура относится к климатическим абиотическим факторам среды. Большинство организмов приспособлены к довольно узкому диапазону температур, так как активность клеточных ферментов лежит в пределах от 10 до 40 °С, при низких температурах реакции идут замедленно.
Различают животные организмы:
- с постоянной температурой тела (теплокровные , или гомойотермные );
- с непостоянной температурой тела (холоднокровные , или пойкилотермные ).
У растений и животных существуют специальные приспос
обления, позволяющие адаптироваться к колебаниям температуры.
Организмы, температура тела которых меняется в зависимости от температуры окружающей среды (растения, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся), имеют различные приспособления для поддержания жизнедеятельности. Такие животные называются холоднокровными , или пойкилотермными . Отсутствие механизма терморегуляции обусловлено слабым развитием нервной системы, низким уровнем обмена веществ и отсутствием замкнутой системы кровообращения.
Температура тела пойкилотермных животных всего на 1—2 °С выше температуры среды или равна ей, однако она может увеличиваться в результате поглощения солнечного тепла (змеи, ящерицы) или мышечной работы (летающие насекомые, быстро плавающие рыбы). Резкие колебания температуры среды могут привести к гибели.
С наступлением зимы растения и животные погружаются в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко падает. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию.
Виды с непостоянной температурой тела при понижении температуры способны переходить в неактивное состояние. Замедление обмена веществ в клетках сильно увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным погодным условиям. Переход животных в состояние оцепенения, как и переход растений в состояние покоя, позволяет им переносить зимние холода с наименьшими потерями, не тратя много энергии.
Для защиты организмов от перегрева в жаркое время года включаются специальные физиологические механизмы: у растений усиливается испарение влаги через устьица, у животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.
У пойкилотермных организмов внутренняя температура тела следует за изменениями температуры среды. Скорость обмена веществ у них то возрастает, то понижается. Таких видов - большинство на Земле.
Организмы с постоянной температурой тела называются теплокровными , или гомойотермными . К ним относятся птицы и млекопитающие.
Температура тела таких животных устойчива, она не зависит от температуры среды, благодаря наличию механизмов терморегуляции. Постоянство температуры тела обеспечивается регуляцией теплопродукции и теплоотдачи.
При угрозе перегревания организма происходит расширение кожных сосудов, увеличиваются потоотделение и теплоотдача. При угрозе охлаждения кожные сосуды сужаются, шерсть или перья поднимаются — теплоотдача ограничивается.
При значительных перепадах внешней температуры и резких изменениях теплопродукции температура внутренних органов у теплокровных животных может отклоняться от обычных значений от 0,2—0,3 до 1—3 °С.
Потоотделение свойственно только человеку, обезьянам и непарнокопытным. У других гомойотермных животных наиболее эффективный механизм теплоотдачи — тепловая одышка. Способность к повышению теплопродукции наиболее выражена у птиц, грызунов и некоторых других животных.
Гомойотермные способны поддерживать постоянную температуру тела при любых условиях среды. Их обмен веществ всегда идет с высокой скоростью, даже если наружная температура постоянно меняется. Например, белые медведи в Арктике или пингвины в Антарктиде выдерживают 50-градусные морозы, что составляет разницу в 87-90° по сравнению с их собственной температурой.
Приспособления организмов к разным температурным режимам. Как теплокровные, так и холоднокровные животные в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главный источник поступления тепловой энергии у организмов с непостоянной температурой тела — внешнее тепло.
Перезимовавшим змеям требуется две-три недели, чтобы довести обмен веществ до достаточной интенсивности. Обычно змеи выползают и греются на солнце неоднократно в течение всего дня, а на ночь возвращаются в норы.
С наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях запасается много жиров и углеводов.
Осенью растения сокращают расход веществ, запасая сахара и крахмал. Их рост прекращается, резко замедляется интенсивность всех физиологических процессов, опадают листья. В первые морозы растения теряют значительное количество воды, становясь устойчивыми к морозу и переходя в состояние глубокого покоя.
В жаркое время года включаются механизмы защиты от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, а у животных — через дыхательную систему и кожные покровы.
Если растения достаточно обеспечены водой, устьица открыты днём и ночью. Однако у многих растений устьица открыты только днём на свету, а ночью закрываются. В сухую жаркую погоду устьица растений закрываются даже днём, и выделение водяного пара из листьев в воздух прекращается. Когда наступают благоприятные условия, устьица раскрываются и нормальная жизнедеятельность растений восстанавливается.
Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у животных с постоянной температурой тела. Регуляция теплоотдачи кожными сосудами, хорошо развитая высшая нервная деятельность позволили птицам и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить практически все места обитания.
Полное разделение крови на венозную и артериальную, интенсивный обмен веществ, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла.
Большое значение для теплокровных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнёзд.
Тест «Абиотические факторы среды»
1. Сигнал к началу осеннего перелета насекомоядных птиц:
1) понижение температуры окружающей среды
2) сокращение светового дня
3) недостаток пищи
4) повышение влажности и давления
2. На численность белки в лесной зоне НЕ влияет:
1) смена холодных и теплых зим
2) урожай еловых шишек
3) численность хищников
3. К абиотическим факторам относят:
1) конкуренцию растений за поглощение света
2) влияние растений на жизнь животных
3) изменение температуры в течение суток
4) загрязнение окружающей среды человеком
4. Фактор, ограничивающий рост травянистых растений в еловом лесу, - недостаток:
4) минеральных веществ
5. Как называют фактор, который значительно отклоняется от оптимальной для вида величины:
1) абиотический
2) биотический
3) антропогенный
4) ограничивающий
6. Сигналом к наступлению листопада у растений служит:
1) увеличение влажности среды
2) сокращение длины светового дня
3) уменьшение влажности среды
4) повышение температуры среды
7. Ветер, осадки, пыльные бури - это факторы:
1) антропогенные
2) биотические
3) абиотические
4) ограничивающие
8. Реакцию организмов на изменение длины светового дня называют:
1) микроэволюционными изменениями
2) фотопериодизмом
3) фототропизмом
4) безусловным рефлексом
9. К абиотическим факторам среды относят:
1) подрывание кабанами корней
2) нашествие саранчи
3) образование колоний птиц
4) обильный снегопад
10. Из перечисленных явлений к суточным биоритмам относят:
1) миграции морских рыб на нерест
2) открывание и закрывание цветков покрытосеменных растений
3) распускание почек у деревьев и кустарников
4) открывание и закрывание раковин у моллюсков
11. Какой фактор ограничивает жизнь растений в степной зоне?
1) высокая температура
2) недостаток влаги
3) отсутствие перегноя
4) избыток ультрафиолетовых лучей
12. Важнейшим абиотическим фактором, минерализующим органические остатки в биогеоценозе леса, являются:
1) заморозки
13. К абиотическим факторам, определяющим численность популяции, относят:
1) межвидовую конкуренцию
3) понижение плодовитости
4) влажность
14. Главным ограничивающим фактором для жизни растений в Индийском океане является недостаток:
3) минеральных солей
4) органических веществ
15. К абиотическим экологическим факторам относится:
1) плодородность почвы
2) большое разнообразие растений
3) наличие хищников
4) температура воздуха
16. Реакция организмов на продолжительность дня называется:
1) фототропизмом
2) гелиотропизмом
3) фотопериодизмом
4) фототаксисом
17. Какой из факторов регулирует сезонные явления в жизни растений и животных?
1) смена температуры
2) уровень влажности воздуха
3) наличие убежища
4) продолжительность дня и ночи
Ответы: 1 – 2; 2 – 1; 3 – 3; 4 – 1; 5 – 4;
6 – 2; 7 – 3; 8 – 2; 9 – 4; 10 – 2; 11 – 2;
12 – 2; 13 – 4; 14 – 1; 15 – 4; 16 – 3;
17 – 4; 18 – 4; 19 – 1; 20 – 4; 21 – 2.
18. Какой из перечисленных ниже факторов неживой природы наиболее существенно влияет на распространение земноводных?
3) давление воздуха
4) влажность
19. Культурные растения плохо растут на заболоченной почве, так как в ней:
1) недостаточное содержание кислорода
2) происходит образование метана
3) избыточное содержание органических веществ
4) содержится много торфа
20. Какое приспособление способствует охлаждению растений при повышении температуры воздуха?
1) уменьшение скорости обмена веществ
2) увеличение интенсивности фотосинтеза
3) уменьшение интенсивности дыхания
4) усиление испарения воды
21. Какое приспособление у теневыносливых растений обеспечивает более эффективное и полное поглощение солнечного света?
3) шипы и колючки
4) восковой налёт на листьях
К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы.
Выделяют следующие основные абиотические факторы:
Световой режим (освещенность);
Температурный режим (температура);
Водный режим (влажность),
Кислородный режим (содержание кислорода);
Физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);
Химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).
Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).
Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.
По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.
Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» - растение), -филы (от «филео» - люблю), -трофы (от «трофе» - пища), -фаги (от «фагос» - пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы - по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы - по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги - по отношению к животным, а также некоторым вирусам.
Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:
1. гелиофиты - светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний).
2. сциофиты - тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов).
3. факультативные гелиофиты - теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично - признаками сциофитов.
Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения-пирофиты, которые способны переносить пожары).
Животные осуществляют регуляцию температуры тела различными способами:
Биохимическая регуляция - изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;
Физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи;
В зависимости от климатических условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана - если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий - в теплом климате. Правило Аллена - если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.
Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:
1. гидатофиты - растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;
2. гидрофиты - растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;
3. гигрофиты - требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания;
4. мезофиты - требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;
5. ксерофиты - растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду;
6. суккуленты - растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых);
В ряде случаев вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).
Животные по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.
Сокращение потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот - сероза, амнион и аллантоис.
Химические свойства среды.
Кислородный режим. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).
1. олиготрофные - нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;
2. эутрофные, или мегатрофные - требовательны к плодородию почв; среди эутрофных растений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;
3. мезотрофные - занимают промежуточное положение между олиготрофными и мегатрофными растениями.
Среди организмов, всасывающих готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди грибов), различают следующие экологические группы:
Подстилочные сапротрофы - разлагают подстилку.
Гумусовые сапротрофы - разлагают гумус.
Ксилотрофы, или ксилофилы - развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).
Копротрофы, или копрофилы - развиваются на остатках экскрементов.
Кислотность почвы (рН) также важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш).
