Влияние абиотических факторов на живые организмы – «Влияние абиотических факторов на живые организмы Урок 2. Учитель высшей категории МОУ лицей имени В.Г. Сизова Г. Мончегорска Мурманской области Скрутелева.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Свет

Свет является основным фактором внешней среды. Если не будет света, то не будет возможна фотосинтетическая деятельность растений, а без этого жизнь прекратит любое существование.

По отношению к свету растения распределяют на:

• Светолюбивые — обладают небольшими листьями, сильно ветвящиеся побеги, большое количество пигмента — хлебные злаки.
• Тенелюбивые — обладают тонкими листьями, крупные, находятся горизонтально.
• Теневыносливые — растения, которые могут жить в условиях неплохого освещения, так и в условиях тенения.

Для живого вещества необходимы свойственные признаки света — длина волны, мощность, интенсивность, время воздействия.

Всего различают:

1. Ближнее ультрафиолетовое излучение около 400-200 нм;
2. Дальнее ультрафиолетовое излучение около 200-10 нм.

Освещение помогает растениям улучшать свою производительность и продуктивность, поэтому оно так важно.

Температура

Температура — один из главных климатических факторов. Многие растения и животные приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Температура влияет на интенсивность обмена веществ. Как правило, живые организмы могут существовать при температурах от нуля до +45-50 градусов (в жарких регионах, пустынях) и до -70 градусов (в очень холодных регионах).

Животные организмы бывают:

1. Теплокровные — с постоянной температурой тела.
2. Хладнокровные — с непостоянной температурой тела.

Влажность

Вода — это надобный компонент клетки, по этой причине её количество в разных местах обитания представляет растениям и животным возможность на существование и размножение.

Избыток влаги в почве стает причиной заболачивания почвы, а также возникновению болотной растительности. Эмбрион человека на 97 % состоит из воды, а у только что рожденных ее количество составляет 77 % массы тела. Количество воды в теле взрослого человека будет составлять уже около 60-65% его массы. Чтобы поддерживать водный баланс, рекомендуется выпивать каждый день не менее 2 литров воды. Тело животных также содержит не менее 50% воды.

Распространение жизни на Земле тесно связано с осадками. Во многих странах влажность разная, поэтому и различные животные по-другому относятся к влаге.

Излучение Солнца — электромагнитные волны разной длины. Живая природа нуждается в них, так как они являются главным источником энергии.

Ветер — может изменить структуру и внешний вид растений. Ураганы и обычные ветры могут переносить растения и животных на огромные расстояние, что в свою очередь изменяет состав сообществ.

Огонь или пожары — естественные абиотические экологические факторы. Если правильно использовать огонь, то он становиться ценным экологическим инструментом.

pristor.ru

Урок №4. «Влияние абиотических факторов на живые организмов»

Методическое пособие уроков с видеоматериалами

Тип урока — комбинированный

Методы: частично-поисковый, про­блемного изложения, репродуктивный, объясни­тельно-иллюстративный.

Цель:

— осознание учащимися значимости всех обсуждаемых вопросов, умение строить свои отношения с природой и обществом на основе уважения к жизни, ко всему живому как уникальной и бесценной части биосферы;

Задачи:

Образовательные: показать множественность факторов, действующих на организмы в природе, относительность понятия «вредные и полезные факторы», многообразие жизни на планете Земля и варианты адаптаций живых существ ко всему спектру условий среды обитания.

Развивающие: развивать коммуникативные навыки, умения самостоятельно добывать знания и стимулировать свою познавательную активность; умения анализировать информацию, выделять главное в изучаемом материале.

Воспитательные: 

Воспитывать культуру поведения в природе, качества толерантной личности, прививать интерес и любовь к живой природе, формировать устойчивое положительное отношение к каждому живому организму на Земле, формировать умение видеть прекрасное.

УУД

Личностные: познавательный интерес к экологии.. Понимание не­обходимости получения знаний о многообразии биотических связей в природных со­обществах для сохранения естественных биоценозов. Способность выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе. Потребность в справедливом оценивании своей работы и работы одноклассников

Познавательные: умение работать с различными источниками информации, пре­образовывать её из одной формы в другую, сравнивать и анализировать информацию, делать выводы, готовить сообщения и презентации.

Регулятивные: умение организовать самостоятельно выполнение заданий, оценивать правильность выполнения работы, рефлексию своей деятельности.

Коммуникативные: участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товари­щей по классу, выступать перед аудиторией, используя мультимедийное оборудование или другие средства демонстрации

Планируемые результаты

Предметные: знать — понятия «среда обитания», «экология», «экологические факторы» их влияние на живые организмы, «связи живого и неживого»;. Уметь — определять понятие «биотические факторы»; характеризовать биотические факторы, приводить примеры.

Личностные: высказывать суждения, осуществлять поиск и отбор информации; анализировать связи, сопоставлять, находить ответ на проблемный вопрос

Метапредметные: связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география. Планировать действия с поставленной целью; находить необходимую информацию в учебнике и справочной литературе; осуществлять анализ объектов природы; делать выводы; сформулировать собственное мнение.

Форма организации учебной деятельности – индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой и учебником, с ЦОР.

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Основные понятия: абиотические факторы

Изучение нового материала

Влияние абиотических факторов на живые организмы

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, и характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Положительное или отрицательное влияние экологического фактора на живые организмы зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фак­тора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благо­приятная для жизнедеятельности организма, называется оптиму­мом. Хорошо известны оптимальные температуры цветения, плодоношения, прорастания, икрометания, размножения многих видов.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды называется экологической пластичностью (или экологической валентностью).

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической пластично­сти. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30° до -55°С), тогда как тепловодные рачки СорШа тггаЪШз выдерживают из­менение температуры воды в интервале не более 6°С (от +23° до +29°С). Одна и та же сила проявления фактора может быть оп­тимальной для одного вида, вредной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Экологически непластичные, т. е. маловыносливые, виды на­зываются стенобионтными (от греч. згепоз — узкий), более вы­носливые — эврибионтными (от греч. еугоз — широкий).

Стенобионтность и эврибионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Так, по отноше­нию к температуре различают эври- и стенотермные организмы; к концентрации солей — эври- и стеногалинные; к свету — эври- и стенофотные, к видам пищи — эври- и стенофагные.

Эврибионтность обычно способствует широкому распростра­нению видов. Как известно, многие простейшие, грибы (типич­ные эврибионты) являются космополитами и распространены по­всеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Однако нередко благодаря жестким требованиям к среде обита­ния стенобионтам принадлежат обширные территории. Так, ры­боядная птица скопа, являясь типичным стенофагом, по отноше­нию к другим факторам выступает как эврибионт. Она обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие рас­стояния и занимает значительный ареал.

Среди рыб, например, форель является с гомодермными видом, а окунь — эвритермным. Форель не способна переносить большие колебания температуры, в то время как окунь их легко переносит.

В 1840 г. Ю. Либих (1803-1873) предположил, что выносливость организмов обусловлена самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Ученый установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах.

Лимитирующим может быть не только недостаток (минимум), но и избыток (максимум) экологического фактора. Представление о лимитирующем влиянии максимума наряду с минимумом развил В.Шелфорд в 1913 г.

Закон толерантности Шелфорда:

Лимитирующим фактором процветания может быть как ми­нимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину толерантности ( от лат. МегапИа — терпение), выносливости организма к данному фактору.

Виды, длительное время развивавшиеся в относительно ста­бильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, в то время как виды, су­ществовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и стано­вятся эврибионтными.

Благодаря многочисленным исследованиям сегодня известны пределы существования многих растений и животных.

Для иллюстрации приведем данные опытов с животными, по­мещенными в термоградиентор — прибор, создающий разность температур.

Термоградиентор представляет собой трубку, один конец ко­торой помещают в лед, а другой — в кипящую воду (водяная ба­ня), в результате чего возникает градиент (разность) температур. В трубку помещают насекомых (или других мелких животных), после чего изучается закономерность их распределения по трубке. Оказывается, что большинство насекомых концентрируется на ка­ком-то одном участке. При графическом изображении данная за­кономерность будет иметь вид параболы, где область наибольшей концентрации соответствует зоне температурного предпочтения.

В индивидуальном развитии живого организма, как правило, имеются периоды, когда он наиболее чувствителен к изменени­ям факторов среды. Такие периоды называются критическими, они чаще всего соответствуют стадиям размножения и раннему онтогенезу — проис­хождение, — индивидуальное развитие организма с момента оп­лодотворения до смерти). В это время многие факторы среды становятся лимитирующими. Зрелый кипарис может расти и на сухом нагорье, и на участке, погруженном в воду; однако раз­множается он только там, где есть влажная, но не заливаемая почва. Взрослые крабы и многие морские животные могут пе­реносить солоноватую или даже пресную воду, однако для ли­чинок крабов необходима высокая соленость, поэтому в реках размножение происходить не может.

Абиотические факторы среды и организмы

Абиотические факторы: температура и освещенность

Абиотические факторы: влажность, химический состав, рельеф

Ресурсы:

С. В. Алексеев. Экология: Учебное пособие для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений разных видов. СМИО Пресс, 1997. — 320 с

Сайт YouTube: https://www.youtube.com /

Хостинг презентаций

— http://ppt4web.ru/nachalnaja-shkola/prezentacija-k-uroku-okruzhajushhego-mira-vo-klasse-chto-takoe-ehkonomika.html

xn--j1ahfl.xn--p1ai

Какое влияние оказывают абиотические факторы на живые организмы

Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т. п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло, так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света, ветра, влаги и пр. Совсем недавно было открыто влияние изменений солнечной активности на биосферные процессы.[ …]

Солнечная энергия — основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).[ …]

Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Именно солнечный свет определил эволюцию конструкции глаз у животных.[ …]

Температура — один из важнейших абиотических факторов, имеющий прямое или косвенное значение для живых организмов. Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных условиях. Особенно заметное влияние оказывает температура на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20° С, а при +48° С — полностью прекращается.[ …]

По способности переносить колебания температуры среды различают эвритермные организмы (способны к жизни при значительных колебаниях температуры — лишайники, млекопитающие, северные птицы) и стенотермные — организмы, существующие только при определенных температурах — глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).[ …]

Влажность является одновременно и климатическим, и эдафи-ческим фактором. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50% всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха. В кругообороте воды наиболее подвижны атмосферные осадки, т. к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: температура воздуха, движение воздуха, рельеф. Дождь, снег, град определяют режим водоемов, почвенной влаги, влажности воздуха, а также перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде.[ …]

Газовый состав атмосферы практически постоянен и включает: N — 78%, О — 20,9%, СОг, аргон и другие газы, частицы воды, пыль. Низкая плотность воздуха обуславливает низкое давление на суше. С увеличением высоты оно еще более уменьшается, снижается концентрация кислорода, сокращается количество видов, способных обитать в таких условиях. Для большинства позвоночных животных верхняя граница жизни — около 6000 м. Низкая плотность воздуха также способствовала появлению у живых организмов собственной опорной системы, поддерживающей тело; способности к полету. Для существования биоты на планете важно содержание отдельных компонентов воздушной среды. Так, водная фауна полярных и приполярных широт характеризуется обилием и разнообразием вследствие повышенного содержания кислорода в холодной воде. В теплых тропических водах наблюдается пониженная концентрация растворенного кислорода, что ограничивает дыхание, затрудняет жизнедеятельность и в результате снижается численность животных. Азот воздуха влияет на существование клубеньковых бактерий, синезеленых водорослей, которые, усваивая данную форму азота, после отмирания и минерализации снабжают им высшие растения. Озон при крайне низких концентрациях в атмосфере (6х10 5% по массе) определяет саму возможность жизни на нашей планете. Это связано с тем, что молекула Оз способна поглощать жесткое коротковолновое (>280 нм) УФ-излучение Солнца.[ …]

Геомагнитное поле Земли способствует образованию радиационного пояса планеты, циклические изменения в нем связаны с колебаниями солнечной активности.[ …]

ru-ecology.info

Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

10

ЛЕКЦИЯ 3. абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

Анализ состояния экосистем, который является обязательным элементом всякого современного экологического исследования, требует рассмотрения экологических факторов. При этом не все они одинаково важны, кроме того, они также различаются и по интенсивности воздействия на экосистему. Так, в наземных экосистемах наиболее существенными считают интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, количество атмосферных осадков, скорость ветра.

Следует подчеркнуть, что выполнение любых экологических работ в современных условиях, например, экологической экспертизы и оценки риска, требует, наряду с анализом воздействия антропогенных факторов, и анализа различных природных экологических факторов. Рассмотрим более подробно некоторые лимитирующие физические факторы.

Свет. Свет, с одной стороны, служит для организмов первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. С другой стороны, прямое воздействие света на клетку смертельно для организмов. Эволюция биосферы в целом была направлены на «укрощение» поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и защиту от вредных. Следовательно, свет — это не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как на минимальном, так и максимальном уровнях.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нм = 1Ч10-9 м) и более. Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся физическими свойствами и экологическим значением для различных групп организмов. Границы этих областей приближенно можно представить следующим образом:

* <150 нм — зона ионизирующей радиации,

* 150 — 400 (390) нм — ультрафиолетовая (УФ) радиация,

* 400 (390) — 800 (760) нм — видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),

* 800 (760) — 1000 нм — инфракрасная (ИК) радиация,

* >1000 нм — зона т.н. дальней ИК — радиации — мощного фактора теплового режима среды.

Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губительный для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны от 290 до 390 нм несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых; эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание витаминов, увеличивают устойчивость к болезням. Видимый свет с длиной волны от 390 до 760 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными для ориентации. Инфракрасная часть солнечного спектра (тепловые лучи) с длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра для животных с непостоянной температурой тела — пойкилотермных.

На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал. на 1см2 в 1 мин. Эта так называемая солнечная постоянная. Этот свет, проходя через атмосферу, ослабляется и до поверхности Земли в ясный полдень может дойти не более 67% его энергии. Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра.

Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45%— из видимого света, на 45% — из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через облака и воду ослабляется видимый свет. Следовательно, фотосинтез может идти и в пасмурные день, и под слоем чистой воды некоторой толщины. Свет необходим всем живым организмам. Но, некоторые организмы могут развиваться в полной темноте. Например, многие грибы и бактерии.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и т.д. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется процесс фотосинтеза, т.е. синтез органических веществ из неорганических. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом. Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих растений. Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).

Движение Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов определяется, в первую очередь, сокращением световой части суток осенью и увеличением весной. Продолжительность светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные изменения физиологической активности живых организмов в ответ на изменение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом.

Длина светового дня, в отличие от других абиотических факторов, для каждой местности изменяется строго закономерно (известно, что самый короткий день 22 декабря, а самый длинный — 22 июня, известна продолжительность любого дня года). В результате естественного отбора выживали организмы, чьи физиологические функции регулировались продолжительностью светового дня. Если продолжительность светового дня искусственно поддерживать более 15 часов, наши листопадные деревья становятся вечнозелеными, а если весной с помощью ширмы устроить им осенний день (меньше 12 часов), их рост прекращается, они сбрасывают листву и у них наступает состояние зимнего покоя.

Приспособленность к сезонному изменению продолжительности светового дня привела к появлению длиннодневных и короткодневных растений. Длиннодневные зацветают в начале лета, до осени успевают созреть плоды и семена — это растения средней полосы и северных зон (z.B. наши злаки — рожь, пшеница, овес), короткодневные (астры, георгины, хризантемы) — растения южного происхождения, где продолжительность светового дня около 12 часов, поэтому они у нас зацветают при коротком дне осенью.

Уменьшение светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует отложение запасных питательных веществ организмом, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции, переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений.

Температура. Тепловой режим — важнейшее условие существования всех живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в этой местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению с ними пределы, в которых может существовать жизнь, очень узки — около 300 ⁰С, от -200 ⁰С до +100 ⁰С. На самом деле большинство видов и большая часть активных физиологических процессов приурочены к более узкому диапазону температур.

Как правило, это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, — от 0 ⁰С до +50 ^-0С. При этом существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности организма в целом.

По отношению к температуре как к экологическому фактору все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях относительно низких температур и не выносят высоких. Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70⁰С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, ногохвостки, пингвины.

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Это преимущественно обитатели жарких тропических районов Земли. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 ⁰С, хотя физического замораживания их тканей и не происходит. Причиной их гибели, как правило, является нарушение обмена веществ, приводящее к образованию в растениях несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление.

Многие организмы обладают способностью переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые виды жуков и бабочек выдерживают температуру до 45-50 ⁰С. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52 ⁰С обитает рыба — пятнистый ципринодон, в одах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80 ⁰С.

Температурный оптимум для большинства живых организмов находится в пределах 20-25 ⁰С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 ⁰С.

Изменчивость температуры является мощным экологическим фактором среды. Живые организмы приспосабливаются к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше адаптированы к колебаниям температуры.

Беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными. Данных животных часто называют также эктотермными, так как они больше зависят от тепла поступающего извне, чем от того тепла, которое образуется в обменных процессах. Для них характерны низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Этих животных называют гомойотермными. Гомойотермные животные относительно мало зависят от внешних источников тепла. Благодаря высокой интенсивности обмена у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться. Поскольку эти животные существуют за счет внутренних источников тепла, сегодня их часто называют эндотермными. Такое разделение имеет несколько условный характер, так как многие организмы не являются абсолютно пойкилотермными или гомойотермными. Многие пресмыкающиеся, рыбы и насекомые (пчелы, бабочки, стрекозы) могут в течение определенного времени регулировать температуру тела, а млекопитающие при необычно низких температурах ослабляют или приостанавливают эндотермическую регуляцию температуры тела. Так, даже у таких «классических» гомойотермных животных, как млекопитающие, во время зимней спячки температура тела понижается. Несмотря на известную условность деления всех живущих на Земле организмов на эти две большие группы, оно показывает, что существует два стратегических варианта адаптации к условиям температуры среды.

Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Для растений и эктотермных животных количество тепла, необходимое для развития, определяется суммой эффективных температур или суммой тепла. Зная нижний порог развития, легко определить эффективную температуру — по разность наблюдаемой и пороговой температур. Так, если нижний порог развития организма равен 10⁰С, а реальная в данный момент температур воздуха 25⁰С, то эффективная температура будет 15 ⁰С (25⁰-10⁰).

Сумму эффективных температур для каждого вида растений и эктотермных животных, как правило, величина постоянная, притом, если другие условия среды находятся в оптимуме, отсутствуют осложняющие факторы. Например, в Северо-западном регионе России цветение мать-и-мачехи начинается при сумме эффективных температур 77⁰, кислицы — 43,5⁰, земляники — 50⁰, желтой акации — 70⁰. Именно сума эффективных температур, которую нужно набрать для завершения жизненного цикла, нередко является ограничивающим фактором географического распространения видов. Так, северная граница древесной растительности в целом совпадает с июльскими изотермами +10, +12⁰. Севернее уже не хватает тепла для развития деревьев, и зона лесов сменяется безлесыми тундрами.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие и т.д. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений — форма их роста. Там, где мало тепла — в Арктике, в высокогорье, — много подушковидных растений, много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Стелющиеся побеги зимуют под снегом и не подвергаются губительном действию низких температур.

У животных морфологические адаптации к температуре также четко прослеживаются. Под действием температурного фактора у животных формируются такие морфологические признаки, как отражательная способность тела, пуховой, перьевой и шерстяной покровы, жировые отложения. Большинство насекомых в Арктике и высоко в горах имеют темную окраску. Это способствует усиленному поглощению солнечного тепла. Эндотермные животные, обладающие в холодных областях (полярные медведи, киты и т.д.), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран (например многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление носит название правило Бергмана. Согласно этому правилу, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются.

При увеличении размеров уменьшается удельная поверхность, а, следовательно, теплоотдача. Размеры выступающих частей тела тоже варьируют в соответствии с температурой среды. У видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие части тела (хвост, уши, конечности) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест. Это явление известно как правило Аллена.

Биохимическая адаптация живых организмов к температуре проявляется, прежде всего, в изменении биохимического состава клеток и тканей.

У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Они проявляются в миграциях животных в места с более благоприятными температурами, в изменении сроков активности и т.д. В пустынях, где днём поверхность может нагреваться до 60-70?С, на раскаленном песке животных почти не увидишь. Насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, спрятавшись в норы. В глубине почвы температура не так резко колеблется и сравнительно невысокая.

При понижении температуры большинство животных переходит на питание более калорийной пищей. Белки в теплое время года поедают более 100 видов кормов, зимой же питаются, главным образом, семенами хвойных, богатых жирами.

Важное место в преодолении воздействия низких температур, особенно в зимний период, занимает выбор животными места для убежищ, утепление жилища, гнёзд.

При всём многообразии приспособлений живых организмов к воздействию неблагоприятных температур, выделяют три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных температурных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления жизненных функций организма, несмотря на отклонения от температурного оптимума.

Пассивный путь — это подчинение жизненных функций организма ходу внешних температур.

* Зимняя спячка наблюдается у некоторых грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность обмена веществ, уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела.

* Зимний сон. Осенью животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести отсутствие пищи в зимнее время.

* Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума, отсутствуют все видимые признаки жизни.

* Состояние зимнего покоя. Наблюдается у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные «антифризы», чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры.

Избегание неблагоприятных температурных воздействий — общий способ для всех организмов. Выработка жизненных циклов, когда наиболее уязвимые стадии проходят в самые благоприятные по температурным режимам периоды года.

Реакция конкретного вида на температуру не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия температуры окружающей среды и ряда других условий. Другими словами, организм может приспосабливаться к изменению температурного режима. Этот процесс называют акклиматизацией. При этом различие между этими терминами лежит не в месте регистрации реакции, а в том случае, если организм не может приспособиться к изменению температурного режима, он погибает.

Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов в той или иной мере видоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Например, с повышением влажности воздуха уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность. Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе и у человека.

1. Влажность как экологический фактор. Группы организмов по отношению к влажности.

2. Соленость.

3. Атмосферный и топографический факторы.

referatwork.ru

Влияние биотических факторов на живые организмы

Содержание:

Общие понятия

Биотическая среда — непосредственное живое окружение того или иного существа.

Биотические факторы среды — все виды прямого или косвенного влияния одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.

❖ Основные формы отношений между организмами:
■ пространственные (использование одних и тех же территорий для добычи пищи, совместное использование жилищ — нор, гнезд птиц и т.п.),
■ трофические (пищевые),
■ топические,
■ форические,
■ фабрические.

Трофические отношения — тип связи между организмами, когда одни организмы питаются либо другими организмами, либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности.

Топические отношения — тип связи между организмами, когда один вид служит местом для поселения другого вида (пример: использование птицами деревьев для гнездования).

Форические отношения — тип связи между организмами, когда организмы одного вида способствуют перемещению организмов другого вида (пример: перенос млекопитающими клещей, блох и других паразитов).

Фабрические отношения — тип связи между организмами, когда один вид использует другой для строительства жилья, гнезд, убежищ и т.д. {пример: использование бобром растительного материала для строительства плотин и хаток).

Формы биотических отношений

Конкуренция — это взаимоотношения, возникающие между особями или популяциями одного и того же вида (внутривидовая конкуренция) или разных видов (межвидовая конкуренция), соревнующихся за одни и те же ресурсы среды при их ограниченном количестве.

■ Формы конкурентных взаимоотношений варьируются от прямой физической борьбы до мирного сосуществования.

■ Конкуренция проявляется в возникновении у особей стрессовых ситуаций, драк, в снижении скорости роста и плодовитости особей, в возрастании их смертности и т.п. Это — единственная форма биотических отношений, негативно влияющая на взаимодействующих партнеров.

■ Конкуренция — один из механизмов формирования видового состава сообщества, пространственного распределения и регуляции численности особей, эволюционного развития видов.

Закон конкурентного исключения: если два вида с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, то рано или поздно один конкурент, лучше приспособленный к условиям этой окружающей среды, вытеснит другого (сформулирован Г.Ф. Гаузе в 1934 г.).

■ В одном сообществе вместе уживаются только те виды, которые в ходе эволюции приобрели различия в потребляемых ресурсах.

Хищничество — способ добывания пищи и питания животных (редко грибов и растений), когда одни животные ловят, умерщвляют и поедают других животных.

Адаптации, характерные для хищничества:

■ у хищника — хорошее развитие нервной системы и органов чувств, быстрота реакции, скорость бега или полета и др.;

■ у жертвы — покровительственная окраска, инстинкты затаивания, обманного поведения, использование убежищ, наличие панциря, рогов, шипов и т.д.

Примеры хищников: представители отряда хищных (кошачьи, волки, тюлени, моржи и др.), хищные птицы (совы, орлы и др.), рыбы (щуки, акулы и др.), рептилии (крокодилы), насекомые, насекомоядные растения (росянка круглолистная, пузырчатка, жирянка и др.).

Антибиоз — тип взаимоотношений между организмами разных видов, когда особи одного вида, выделяя особые вещества (называемые антибиотиками), оказывают угнетающее воздействие на жизнедеятельность особей других видов.

■ Антибиотики, продуцируемые грибами, бактериями и другими организмами (пенициллин, стрептомицин, биомицин) широко применяются для лечения инфекционных болезней. Фитонциды — летучие антибиотики, продуцируемые некоторыми высшими растениями и угнетающие жизнедеятельность бактерий, грибов и одноклеточных.

■ Фитонциды играют важную роль в биологической очистке воздуха.

Нейтрализм — тип взаимоотношений организмов, сосуществующих на одной территории, при котором ни один из них никак не влияет на другой.

■ Пример: сосуществование в саваннах некоторых видов копытных, поедающих растения различных ярусов и поэтому не конкурирующих за пищу.

Симбиоз — это любая форма совместного существования (сожительства) организмов разных видов, при которых хотя бы один получает пользу.

■ Симбионты, как правило, имеют противоположные признаки: это автотрофы и гетеротрофы, подвижные и ведущие прикрепленный образ жизни, обладающие способами и средствами защиты и лишенные их и т.п. В результате один или оба партнера по симбиозу лучше адаптируются к конкретным условиям среды и в итоге выигрывают в борьбе за существование.

Различают факультативный и облигатный симбиоз. Факультативный (необязательный) симбиоз — это симбиоз, когда каждый из организмов при отсутствии партнера может существовать самостоятельно.

Облигатный (обязательный) симбиоз — симбиоз, при котором один из организмов (или оба) оказывается в такой зависимости от другого, что самостоятельно существовать не может.

❖ Классификация форм симбиоза по результатам взаимодействий между партнерами:
■ комменсализм,
■ синойкия,
■ мутуализм,
■ паразитизм.

Комменсализм (нахлебничество) — сожительство организмов разных видов, при котором один организм использует другой как жилище и источник питания, но не причиняет ему вреда.

■ Примеры: бактерии и простейшие в желудочно-кишечном тракте человека, питающиеся остатками пищи хозяина; рыбы-прилипалы и акулы и т.п.

Синойкия (квартирантство) — сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида только как жилище или/и средство перемещения в пространстве, не принося ему ни пользы, ни вреда.

■ Примеры: поселение членистоногих в муравейниках, норах грызунов и гнездах птиц, а грибов и лишайников — в дуплах и на стволах деревьев.

Мутуализм (взаимовыгодный симбиоз) — это облигатное, т.е. невозможное друг без друга, сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу.

■ Примеры: сожительство клубеньковых бактерий с корнями бобовых растений; симбиоз водорослей и грибов, образующих тело лишайников; симбиоз бактерий, инфузорий и одноклеточных жгутиковых, живущих в пищеварительном тракте жвачных животных и помогающих животному-хозяину переваривать богатую целлюлозой растительную пищу, вырабатывая нужные ферменты, причем без симбионтов эти животные усваивать поглощаемую целлюлозу не способны.

Паразитизм — такая форма антагонистических взаимоотношений между организмами разных видов, при которой один организм (паразит) использует другой организм (хозяина) в качестве постоянной или временной среды обитания и источника пищи.

■ Паразитами являются все вирусы, многие бактерии, грибы, простейшие, некоторые черви и членистоногие.

■ Характерные особенности паразитов — высокая специализация и редукция у них одних органов и/или усложнение других.

■ Вредное действие паразитов слагается из механического повреждения тканей хозяина, отравления его продуктами обмена, питания за его счет.

■ Связь паразита с внешней’ средой осуществляется опосредованно через организм хозяина.

Эктопаразиты — паразиты, живущие на теле хозяина (вши, клещи, некоторые грибы).

Эндопаразиты — паразиты, обитающие в тканях или полости тела хозяина (бактерии, глисты) или внутри его клеток (вирусы, малярийный плазмодий).

Облигатные паразиты используют организм только живого хозяина; с его гибелью погибают и они.

Факультативные паразиты не погибают после гибели хозяина, питаясь отмершими остатками его организма, т.е. переходя на сапротрофный способ питания.

Временные паразиты лишь периодически посещают хозяина (комары, мошки, слепни).

Постоянные паразиты проводят на теле хозяина или внутри его всю свою жизнь (рак саккулина постоянно паразитирует на крабах).

Паразитоиды — организмы, ведущие паразитический образ жизни только на стадии личинки (многие насекомые). Пребывание паразитоида в теле хозяина заканчивается гибелью хозяина.

Экологическая роль хищничества, паразитизма и других типов пищевых связей в сообществах:
■ участие организмов в общем круговороте веществ,
■ осуществление взаимной регуляции численности видов.

Антропогенные Факторы

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, который изменяет окружающую среду в соответствии со своими потребностями.

■ Антропогенные факторы начали действовать при переходе человечества от собирательства к земледелию и охоте, но их роль особенно возросла в последнее время в связи с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства.

■ Воздействие человека на природу может быть положительным и отрицательным.

Положительное воздействие выражается в разумном преобразовании человеком окружающей среды (посадке лесов, парков, садов), в создании и разведении новых высокопродуктивных сортов растений и пород животных, в охране природных территорий (заповедников, заказников, национальных парков), в сохранении уникальных природных объектов (озеро Байкал, Гранд-Каньон и др.) и т.д.

Отрицательное воздействие человека на природу выражается в загрязнении среды обитания отходами жизнедеятельности и производства, нефтепродуктами, синтетическими веществами и радиоактивными изотопами, в накоплении в почве пестицидов, в вырубке лесных массивов, в извлечении невосполнимых природных ресурсов (нефти, газа, угля, минералов), в осушении вековых болот, приводящем к обмелению рек и эрозии почв, в сокращении численности видов организмов в результате охоты, рыболовства, сбора трав, ягод и грибов.

esculappro.ru

Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

ЛЕКЦИЯ 3. абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы
Анализ состояния экосистем, который является обязательным элементом всякого современного экологического исследования, требует рассмотрения экологических факторов. Однако не все они одинаково важны, кроме того, они также различаются и по интенсивности воздействия на экосистему. Так, в наземных экосистемах наиболее существенными считают интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, количество атмосферных осадков, скорость ветра.

Следует подчеркнуть, что выполнение любых экологических работ в современных условиях, например, экологической экспертизы и оценки риска, требует, наряду с анализом воздействия антропогенных факторов, и анализа различных природных экологических факторов. Рассмотрим более подробно некоторые лимитирующие физические факторы.

Свет. Свет, с одной стороны, служит для организмов первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. С другой стороны, прямое воздействие света на клетку смертельно для организмов. Эволюция биосферы в целом была направлены на «укрощение» поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и защиту от вредных. Следовательно, свет – это не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как на минимальном, так и максимальном уровнях.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нм = 1Ч10-9 м) и более. Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся физическими свойствами и экологическим значением для различных групп организмов. Границы этих областей приближенно можно представить следующим образом:

•        <150 нм — зона ионизирующей радиации,

•        150 — 400 (390) нм — ультрафиолетовая (УФ) радиация,

•        400 (390) — 800 (760) нм — видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),

•        800 (760) — 1000 нм — инфракрасная (ИК) радиация,

•        >1000 нм — зона т.н. дальней ИК — радиации — мощного фактора теплового режима среды.

Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губительный для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны от 290 до 390 нм несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых; эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание витаминов, увеличивают устойчивость к болезням. Видимый свет с длиной волны от 390 до 760 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными для ориентации. Инфракрасная часть солнечного спектра (тепловые лучи) с длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра для животных с непостоянной температурой тела — пойкилотермных.

На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал. на 1см2 в 1 мин. Эта так называемая солнечная постоянная. Этот свет, проходя через атмосферу, ослабляется и до поверхности Земли в ясный полдень может дойти не более 67% его энергии. Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра.

Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45%— из видимого света, на 45% — из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через облака и воду ослабляется видимый свет. Следовательно, фотосинтез может идти и в пасмурные день, и под слоем чистой воды некоторой толщины. Свет необходим всем живым организмам. Но, некоторые организмы могут развиваться в полной темноте. Например, многие грибы и бактерии.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и т.д. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется процесс фотосинтеза, т.е. синтез органических веществ из неорганических. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом. Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих растений. Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).

Движение Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов определяется, в первую очередь, сокращением световой части суток осенью и увеличением весной. Продолжительность светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные изменения физиологической активности живых организмов в ответ на изменение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом.

Длина светового дня, в отличие от других абиотических факторов, для каждой местности изменяется строго закономерно (известно, что самый короткий день 22 декабря, а самый длинный — 22 июня, известна продолжительность любого дня года). В результате естественного отбора выживали организмы, чьи физиологические функции регулировались продолжительностью светового дня. Если продолжительность светового дня искусственно поддерживать более 15 часов, наши листопадные деревья становятся вечнозелеными, а если весной с помощью ширмы устроить им осенний день (меньше 12 часов), их рост прекращается, они сбрасывают листву и у них наступает состояние зимнего покоя.

Приспособленность к сезонному изменению продолжительности светового дня привела к появлению длиннодневных и короткодневных растений. Длиннодневные зацветают в начале лета, до осени успевают созреть плоды и семена — это растения средней полосы и северных зон (z.B. наши злаки — рожь, пшеница, овес), короткодневные (астры, георгины, хризантемы) — растения южного происхождения, где продолжительность светового дня около 12 часов, поэтому они у нас зацветают при коротком дне осенью.

Уменьшение светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует отложение запасных питательных веществ организмом, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции, переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений.

Температура. Тепловой режим – важнейшее условие существования всех живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в данной местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению с ними пределы, в которых может существовать жизнь, очень узки — около 300 ⁰С, от -200 ⁰С до +100 ⁰С. На самом деле большинство видов и большая часть активных физиологических процессов приурочены к более узкому диапазону температур.

Как правило, это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, — от 0 ⁰С до +50 ^-0С. Однако существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности организма в целом.

По отношению к температуре как к экологическому фактору все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях относительно низких температур и не выносят высоких. Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70⁰С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, ногохвостки, пингвины.

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Это преимущественно обитатели жарких тропических районов Земли. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 ⁰С, хотя физического замораживания их тканей и не происходит. Причиной их гибели, как правило, является нарушение обмена веществ, приводящее к образованию в растениях несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление.

Многие организмы обладают способностью переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые виды жуков и бабочек выдерживают температуру до 45-50 ⁰С. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52 ⁰С обитает рыба – пятнистый ципринодон, в одах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80 ⁰С.

Температурный оптимум для большинства живых организмов находится в пределах 20-25 ⁰С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 ⁰С.

Изменчивость температуры является мощным экологическим фактором среды. Живые организмы приспосабливаются к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше адаптированы к колебаниям температуры.

Беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными. Данных животных часто называют также эктотермными, так как они больше зависят от тепла поступающего извне, чем от того тепла, которое образуется в обменных процессах. Для них характерны низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Этих животных называют гомойотермными. Гомойотермные животные относительно мало зависят от внешних источников тепла. Благодаря высокой интенсивности обмена у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться. Поскольку эти животные существуют за счет внутренних источников тепла, в настоящее время их часто называют эндотермными. Такое разделение имеет несколько условный характер, так как многие организмы не являются абсолютно пойкилотермными или гомойотермными. Многие пресмыкающиеся, рыбы и насекомые (пчелы, бабочки, стрекозы) могут в течение определенного времени регулировать температуру тела, а млекопитающие при необычно низких температурах ослабляют или приостанавливают эндотермическую регуляцию температуры тела. Так, даже у таких «классических» гомойотермных животных, как млекопитающие, во время зимней спячки температура тела понижается. Несмотря на известную условность деления всех живущих на Земле организмов на эти две большие группы, оно показывает, что существует два стратегических варианта адаптации к условиям температуры среды.

Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Для растений и эктотермных животных количество тепла, необходимое для развития, определяется суммой эффективных температур или суммой тепла. Зная нижний порог развития, легко определить эффективную температуру – по разность наблюдаемой и пороговой температур. Так, если нижний порог развития организма равен 10⁰С, а реальная в данный момент температур воздуха 25⁰С, то эффективная температура будет 15 ⁰С (25⁰-10⁰).

Сумму эффективных температур для каждого вида растений и эктотермных животных, как правило, величина постоянная, притом, если другие условия среды находятся в оптимуме, отсутствуют осложняющие факторы. Например, в Северо-западном регионе России цветение мать-и-мачехи начинается при сумме эффективных температур 77⁰, кислицы – 43,5⁰, земляники – 50⁰, желтой акации – 70⁰. Именно сума эффективных температур, которую нужно набрать для завершения жизненного цикла, нередко является ограничивающим фактором географического распространения видов. Так, северная граница древесной растительности в целом совпадает с июльскими изотермами +10, +12⁰. Севернее уже не хватает тепла для развития деревьев, и зона лесов сменяется безлесыми тундрами.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие и т.д. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений – форма их роста. Там, где мало тепла – в Арктике, в высокогорье, — много подушковидных растений, много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Стелющиеся побеги зимуют под снегом и не подвергаются губительном действию низких температур.

У животных морфологические адаптации к температуре также четко прослеживаются. Под действием температурного фактора у животных формируются такие морфологические признаки, как отражательная способность тела, пуховой, перьевой и шерстяной покровы, жировые отложения. Большинство насекомых в Арктике и высоко в горах имеют темную окраску. Это способствует усиленному поглощению солнечного тепла. Эндотермные животные, обладающие в холодных областях (полярные медведи, киты и т.д.), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран (например многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление носит название правило Бергмана. Согласно этому правилу, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются.

При увеличении размеров уменьшается удельная поверхность, а, следовательно, теплоотдача. Размеры выступающих частей тела тоже варьируют в соответствии с температурой среды. У видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие части тела (хвост, уши, конечности) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест. Это явление известно как правило Аллена.

Биохимическая адаптация живых организмов к температуре проявляется, прежде всего, в изменении биохимического состава клеток и тканей.

У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Они проявляются в миграциях животных в места с более благоприятными температурами, в изменении сроков активности и т.д. В пустынях, где днём поверхность может нагреваться до 60-70С, на раскаленном песке животных почти не увидишь. Насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, спрятавшись в норы. В глубине почвы температура не так резко колеблется и сравнительно невысокая.

При понижении температуры большинство животных переходит на питание более калорийной пищей. Белки в теплое время года поедают более 100 видов кормов, зимой же питаются, главным образом, семенами хвойных, богатых жирами.

Важное место в преодолении воздействия низких температур, особенно в зимний период, занимает выбор животными места для убежищ, утепление жилища, гнёзд.

При всём многообразии приспособлений живых организмов к воздействию неблагоприятных температур, выделяют три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных температурных воздействий.

Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления жизненных функций организма, несмотря на отклонения от температурного оптимума.

Пассивный путь – это подчинение жизненных функций организма ходу внешних температур.

•        Зимняя спячка наблюдается у некоторых грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность обмена веществ, уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела.

•        Зимний сон. Осенью животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести отсутствие пищи в зимнее время.

•        Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума, отсутствуют все видимые признаки жизни.

•        Состояние зимнего покоя. Наблюдается у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные «антифризы», чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры.

Избегание неблагоприятных температурных воздействий – общий способ для всех организмов. Выработка жизненных циклов, когда наиболее уязвимые стадии проходят в самые благоприятные по температурным режимам периоды года.

Реакция конкретного вида на температуру не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия температуры окружающей среды и ряда других условий. Другими словами, организм может приспосабливаться к изменению температурного режима. Этот процесс называют акклиматизацией. Однако различие между этими терминами лежит не в месте регистрации реакции, а в том случае, если организм не может приспособиться к изменению температурного режима, он погибает.

Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов в той или иной мере видоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Например, с повышением влажности воздуха уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность. Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе и у человека.

1.       Влажность как экологический фактор. Группы организмов по отношению к влажности.

2.       Соленость.

3.       Атмосферный и топографический факторы.

coolreferat.com

Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

ЛЕКЦИЯ 3. абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

Анализ состояния экосистем, который является обязательным элементом всякого современного экологического исследования, требует рассмотрения экологических факторов. Однако не все они одинаково важны, кроме того, они также различаются и по интенсивности воздействия на экосистему. Так, в наземных экосистемах наиболее существенными считают интенсивность солнечной радиации, температуру и влажность воздуха, количество атмосферных осадков, скорость ветра.

Следует подчеркнуть, что выполнение любых экологических работ в современных условиях, например, экологической экспертизы и оценки риска, требует, наряду с анализом воздействия антропогенных факторов, и анализа различных природных экологических факторов. Рассмотрим более подробно некоторые лимитирующие физические факторы.

Свет . Свет, с одной стороны, служит для организмов первичным источником энергии, без которого невозможна жизнь. С другой стороны, прямое воздействие света на клетку смертельно для организмов. Эволюция биосферы в целом была направлены на «укрощение» поступающего солнечного излучения, использование его полезных составляющих и защиту от вредных. Следовательно, свет – это не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как на минимальном, так и максимальном уровнях.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нм = 1×10-9 м) и более. Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся физическими свойствами и экологическим значением для различных групп организмов. Границы этих областей приближенно можно представить следующим образом:

• <150 нм — зона ионизирующей радиации,

• 150 — 400 (390) нм — ультрафиолетовая (УФ) радиация,

• 400 (390) — 800 (760) нм — видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),

• 800 (760) — 1000 нм — инфракрасная (ИК) радиация,

• >1000 нм — зона т.н. дальней ИК — радиации — мощного фактора теплового режима среды.

Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губительный для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны от 290 до 390 нм несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых; эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание витаминов, увеличивают устойчивость к болезням. Видимый свет с длиной волны от 390 до 760 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными для ориентации. Инфракрасная часть солнечного спектра (тепловые лучи) с длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра для животных с непостоянной температурой тела — пойкилотермных.

На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал. на 1см2 в 1 мин. Эта так называемая солнечная постоянная. Этот свет, проходя через атмосферу, ослабляется и до поверхности Земли в ясный полдень может дойти не более 67% его энергии. Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра.

Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45%— из видимого света, на 45% — из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через облака и воду ослабляется видимый свет. Следовательно, фотосинтез может идти и в пасмурные день, и под слоем чистой воды некоторой толщины. Свет необходим всем живым организмам. Но, некоторые организмы могут развиваться в полной темноте. Например, многие грибы и бактерии.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и т.д. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется процесс фотосинтеза, т.е. синтез органических веществ из неорганических. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом. Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих растений. Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).

Движение Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов определяется, в первую очередь, сокращением световой части суток осенью и увеличением весной. Продолжительность светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные изменения физиологической активности живых организмов в ответ на изменение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом.

Длина светового дня, в отличие от других абиотических факторов, для каждой местности изменяется строго закономерно (известно, что самый короткий день 22 декабря, а самый длинный — 22 июня, известна продолжительность любого дня года). В результате естественного отбора выживали организмы, чьи физиологические функции регулировались продолжительностью светового дня. Если продолжительность светового дня искусственно поддерживать более 15 часов, наши листопадные деревья становятся вечнозелеными, а если весной с помощью ширмы устроить им осенний день (меньше 12 часов), их рост прекращается, они сбрасывают листву и у них наступает состояние зимнего покоя.

Приспособленность к сезонному изменению продолжительности светового дня привела к появлению длиннодневных и короткодневных растений. Длиннодневные зацветают в начале лета, до осени успевают созреть плоды и семена — это растения средней полосы и северных зон (z.B. наши злаки — рожь, пшеница, овес), короткодневные (астры, георгины, хризантемы) — растения южного происхождения, где продолжительность светового дня около 12 часов, поэтому они у нас зацветают при коротком дне осенью.

Уменьшение светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует отложение запасных питательных веществ организмом, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции, переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений.

Температура. Тепловой режим – важнейшее условие существования всех живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в данной местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению с ними пределы, в которых может существовать жизнь, очень узки — около 300 ⁰ С, от -200 ⁰ С до +100 ⁰ С. На самом деле большинство видов и большая часть активных физиологических процессов приурочены к более узкому диапазону температур.

Как правило, это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, — от 0 ⁰ С до +50 ^-0 С. Однако существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности организма в целом.

По отношению к температуре как к экологическому фактору все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях относительно низких температур и не выносят высоких. Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70⁰ С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, ногохвостки, пингвины.

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Это преимущественно обитатели жарких тропических районов Земли. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 ⁰ С, хотя физического замораживания их тканей и не происходит. Причиной их гибели, как правило, является нарушение обмена веществ, приводящее к образованию в растениях несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление.

Многие организмы обладают способностью переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые виды жуков и бабочек выдерживают температуру до 45-50 ⁰ С. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52 ⁰ С обитает рыба – пятнистый ципринодон, в одах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80 ⁰ С.

Температурный оптимум для большинства живых организмов находится в пределах 20-25 ⁰ С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 ⁰ С.

Изменчивость температуры является мощным экологическим фактором среды. Живые организмы приспосабливаются к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше адаптированы к колебаниям температуры.

Беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными. Данных животных часто называют также эктотермными, так как они больше зависят от тепла поступающего извне, чем от того тепла, которое образуется в обменных процессах. Для них характерны низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла.

mirznanii.com