37. АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ И ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ К НИМ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

• Какие бывают экологические факторы?
• Как абиотические факторы влияют на организмы?

Понятие об адаптации. В процессе исторического развития организмы приспосабливаются к определённому набору абиотических факторов. Это повышает их шансы на выживание. Процесс приспособления организмов к условиям окружающей их среды называют адаптацией.

Однако организмы не только приспосабливаются к определённым значениям температуры, влажности, освещённости, которые становятся обязательными условиями их существования, но и сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. Так, в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, животные-фильтраторы очищают воду, зелёные насаждения препятствуют эрозии почвы, а растения из семейства бобовых обогащают почву азотом — подобных примеров можно приводить множество.

Рассмотрим влияние основных абиотических факторов — элементов неживой природы — на живые организмы.

Солнечный свет. Это основной источник энергии для живых организмов. Биологическое влияние солнечного света зависит от его характеристик: длины волны, интенсивности, продолжительности действия, суточной и сезонной периодичности.

Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах полезны животным и человеку, так как способствуют выработке в организме витамина D. Эти лучи воспринимаются органами зрения насекомых, а у растений ультрафиолет обеспечивает синтез пигментов и витаминов. Видимая часть спектра солнечного излучения наиболее значима для организмов. Благодаря освещённости животные ориентируются в пространстве, а у растений осуществляется фотосинтез. Инфракрасные лучи — источник тепловой энергии, который очень важен для всех организмов, но в большей мере для холоднокровных. Любая поверхность, имеющая температуру выше 0°С, испускает тепловые лучи, поэтому растения и животные получают тепловую энергию также и от окружающих предметов. У растений инфракрасное излучение усиливает испарение воды, что способствует её движению в тканях растений снизу вверх.

Важным фактором в жизни животных и растений является продолжительность светового дня. Изменение соотношения периодов освещённости и темноты для многих организмов служит сигналом для изменения активности. Это явление называют фотопериодизмом. В процессе эволюции у животных и растений выработались определённые биологические ритмы — суточные и сезонные. Длина светового дня определяет жизненные циклы многих видов, от неё зависят сроки цветения и созревания плодов у растений, миграция птиц, смена шерстного покрова у млекопитающих, начало брачного сезона, подготовка к зимней спячке и т. д. Существенно различается образ жизни ночных и дневных животных. У растений в определённые часы открываются и закрываются цветки.

Температура. Это абиотический фактор, который действует всегда и везде. Температура обусловливает скорость биохимических реакций и влияет на многие физические процессы.

На Земле существуют организмы, способные выдерживать очень высокие или низкие температуры. Например, некоторые микроорганизмы переносят снижение температуры до -200 °С, а отдельные виды бактерий могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре +85...87 °С (рис. 136). Хорошо выдерживают перепады температуры организмы, переживающие покоящуюся стадию своего развития, — цисты, куколки насекомых, споры бактерий, семена растений.

Все беспозвоночные и большинство позвоночных животных — это преимущественно холоднокровные организмы, которые не способны поддерживать постоянную температуру своего тела. Их температура в основном зависит от теплового режима окружающей среды. Птицы и млекопитающие — теплокровные животные, их температура тела не зависит от температуры окружающей среды. Высокий уровень обмена веществ позволяет этим животным поддерживать температуру тела на постоянном уровне за счёт самостоятельного производства энергии из потребляемой пищи. Причём на поддержание температуры тратится около 90% пищи. Помимо этого, совершенная терморегуляция и хорошая теплоизоляция позволяют птицам и млекопитающим как удерживать тепло, так и защищаться от перегрева при высокой температуре окружающей среды.

В большинстве районов Земли температура меняется в течение суток и сезонов, поэтому организмы вынуждены приспосабливаться к охлаждению или перегреву. В холодное время года у млекопитающих развивается более густой и длинный мех (рис. 137), в подкожной жировой клетчатке накапливается жир, у птиц зимой увеличивается масса перьев. У некоторых животных выработались поведенческие адаптации к сезонному снижению температуры: миграции, перелёты, рытьё нор и поиск убежищ. В пустынях, где днём температура почвы может достигать +60... 70 °С, животные зарываются в песок или прячутся в норы. У растений в жаркое время года усиливается испарение воды с поверхности листьев, а у животных жидкость испаряется через дыхательную систему и кожные покровы.

Влажность. Вода необходима для жизни всем организмам. Причём если для наземных животных и растений особенно опасна потеря влаги, то для организмов, обитающих в воде, наоборот, опасен избыток воды в организме. Поэтому у водных организмов возникают различные приспособления для выведения лишней воды, к примеру, для инфузории-туфельки характерны сократительные вакуоли.

У наземных организмов в процессе жизнедеятельности вода неизбежно теряется, поэтому её запасы надо постоянно пополнять. Для снабжения себя водой и экономии влаги у организмов выработались разнообразные приспособления.

Засухоустойчивые растения, например верблюжья колючка, саксаул, пустынная полынь, имеют глубокую корневую систему. У других растений пустынь и полупустынь узкие жёсткие листья покрыты восковым налётом, что снижает потери воды при испарении. Кактусы и молочаи обладают сильно развитой водозапасающей тканью, а для уменьшения площади испарения их листья превратились в колючки или чешуйки. Ряд растений (тюльпаны, ковыль) имеет очень короткий вегетационный период — пока в почве есть влага. В засушливое время они пребывают в состоянии покоя в виде подземных побегов (луковиц или корневищ).

Животные, обитающие в условиях пониженной влажности, тоже имеют определённые приспособления. Многие из них никогда не пьют и используют только ту жидкость, которая находится в пище. Плотный хитиновый покров защищает от избыточного испарения наземных членистоногих. В процессе эволюции, перейдя к наземному существованию, полностью утратили кожные железы пресмыкающиеся. У паукообразных изменился обмен веществ — они выделяют не раствор, а кристаллы мочевой кислоты.

Большое значение для животных засушливых областей имеет приспособительное поведение — поиск укрытий, ночной образ жизни. При большой сухости воздуха многие пустынные животные прячутся в норы, плотно закрывая вход. Многие грызуны, черепахи, змеи, некоторые насекомые в период засухи впадают в спячку.

Кислород. По отношению к кислороду все живые организмы можно разделить на две группы: аэробные (которым для дыхания нужен кислород) и анаэробные (которым кислород не нужен). В среде без кислорода живут, к примеру, некоторые бактерии, простейшие и внутренние паразиты, такие, как ленточные черви. Большинство же организмов обитают в кислородной среде.

Распространение тех или иных видов определяется не только температурой, светом, влажностью и наличием кислорода, но и другими абиотическими факторами.

Запомнить: адаптация; абиотические факторы; солнечный свет: ультрафиолетовые лучи, видимая часть спектра, инфракрасные лучи; продолжительность светового дня, фотопериодизм; биологические ритмы; температура, организмы: холоднокровные, теплокровные; кислород, организмы: аэробные, анаэробные.

Выводы

Абиотические факторы — это элементы неживой природы, воздействующие на живой организм. Процесс приспособления организмов к условиям окружающей их среды называют адаптацией. Организмы не только приспосабливаются к определённым значениям температуры, влажности, освещённости, но и сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. Наиболее важными абиотическими факторами на суше являются свет, температура и вода (осадки), а в море — свет, температура и солёность.

Думай, делай выводы, действуй

Проверь свои знания

1. Что такое адаптация?
2. Какова роль света в жизни растений и животных?
3. Почему температура тела теплокровных животных не зависит от температуры окружающей среды?
4. Как адаптируются животные и растения к избытку и недостатку воды?

Выполни задание

Используя знания, полученные при изучении темы «Энергетический обмен», сравните эффективность энергетического обмена у аэробных и анаэробных организмов.

Обсуди с товарищами

1. Вода — важный абиотический фактор. Какова её роль в организме?
2. Какие ещё абиотические факторы (кроме изложенных в параграфе) могут воздействовать на организмы?
3. Существуют ли рыбы, способные жить как в пресной, так и в солёной воде? При положительном ответе объясните, как им это удаётся, и приведите примеры.

Выскажи мнение

Каким образом живые организмы участвуют в формировании абиотической среды?

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

• Некоторые водоросли, например красные, обладают дополнительными пигментами, которые позволяют им использовать энергию лучей синей части спектра, глубже всего проникающих в толщу воды.
• В зависимости от условий освещённости растения подразделяют на светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Светолюбивые растения — это обитатели открытых местностей, которые плохо переносят даже незначительное затенение (например, растения степей, белая акация). При рассеянном свете в затенённых местах растёт большинство папоротников и мхов, а рекордсменом по теневыносливости являются морские зелёные водоросли.
• Если молодой саженец берёзы освещать осенью по 18—20 часов в сутки, дерево не сбросит листву даже при наступлении морозов и рискует засохнуть. Настолько для жизни растений значимо явление фотопериодизма!
• В зависимости от продолжительности светлого времени суток может снизиться и даже полностью прекратиться активность не только у холоднокровных животных, но и у млекопитающих. Одни звери, например суслики или сурки, впадают в состояние анабиоза, при котором жизненные функции настолько снижаются, что становятся практически незаметными. Другие, например барсуки и медведи, могут частично сохранять свою активность (медведицы даже рожают и выкармливают детёнышей в период зимней спячки), но перестают питаться и практически не покидают своих убежищ. На сезонные изменения, такие, как перелёты птиц, время листопада, распускания листьев и цветения у растений, также влияет температура окружающей среды, которая, в отличие от длины светового дня, может меняться от года к году.
• Группа учёных из Канады обнаружила, что аргентинский чёрно-белый тегу обладает сезонной теплокровностью. Эта ящерица длиной до 90 см обитает на значительной части Южной Америки и хорошо известна биологам. Большую часть года, как и многие другие рептилии, тегу днём греются на солнце, а ночью прячутся в норах и остывают. Но каково же было удивление учёных, когда с помощью датчиков и тепловых камер они выяснили, что в сезон размножения, с сентября по декабрь, в утренние часы частота дыхания и ритм сердечных сокращений животных увеличиваются и их температура вырастает, становясь на 10° выше температуры в норе. Учёные считают, что южноамериканские ящерицы представляют собой промежуточное звено между холоднокровными и теплокровными животными. Повышение температуры тела животных в период размножения увеличивает их активность при поиске партнёра, ускоряет развитие яиц и позволяет лучше заботиться о потомстве.