Температура как фактор среды

Биология. 10 класс

§ 6. Температура как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные организмы

*Температура как абиотический фактор среды

В природе температура непостоянна. На суше она является одним из важных лимитирующих факторов среды. Влияние температуры на большинство организмов проявляется в регулировании биохимических и физиологических процессов жизнедеятельности. При сильном понижении температуры осуществление жизненных функций организма становится невозможным из-за резкого замедления обмена веществ. При повышении температуры скорость обменных процессов повышается до достижения определенной температуры, при высоких температурах (выше 45 °C) обмен веществ прекращается, и наступает гибель организма. Температура может также влиять на характер поведения, географическое распределение организмов. Для температурного фактора характерны широкие географические, сезонные и суточные колебания. Пределами выносливости для любого вида являются температуры, которые приводят к необратимому нарушению процессов жизнедеятельности. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует. Например, споры ряда микроорганизмов выдерживают охлаждение до –200 °C. Большинство вегетативных форм прокариот погибает при температуре +60 °C. Однако имеются термофильные бактерии, для которых минимальная температурная граница роста равна +60 °C, а максимальная — до +110 °C (так называемые экстремальные термофилы из гидротермальных источников на дне океанов). Для большинства эукариот верхняя граница температурного диапазона, как правило, не выходит за пределы +50 °C.

Диапазон колебаний температуры в воде значительно меньше, чем на суше, соответственно и пределы выносливости по отношению к колебаниям температуры у водных организмов ýже, чем у наземных. Однако, как для водных, так и для наземных обитателей наиболее оптимальной является положительная температура преимущественно в пределах 15—40 °C.

Источник

Температура и ее роль в жизни организмов

2. Факторы среды обитания

3. Закономерности экологических факторов

5. Температурные адаптации

5.1 Температурные адаптации у растений

5.2 Температурные адаптации животных

6. Основные пути температурных адаптаций

Список используемой литературы

Все эти организмы живут в разных условиях, занимают строго определенное жизненное пространство. Каждый из них для своего нормального развития и размножения требует определенных условий окружающей среды.

Взаимоотношения между организмами и окружающей средой, действие среды обитания на строение, жизнедеятельность, и поведение организмов, зависимость между состоянием среды обитания и благополучием популяций и т.д. изучает наука экология.

В моем реферате мы рассмотрим, что же такое среда обитания и какую роль играет температура в жизни организмов.

Первой средой, в которой возникла и распространилась жизнь, была водная среда. Постепенно живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и населили почву, специфической средой жизни стали сами живые организмы.

В среде обитания всегда есть очень важные элементы, от которых зависит возможность существования организма и есть компоненты среды, для данного организма безразличные.

Поэтому, кроме понятия «среда обитания», в экологии сложились понятия о факторах среды и условиях существования организмов.

2. Факторы среды обитания

Элементы среды обитания, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ, определяют как экологические факторы.

Условно все факторы делят на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.

В рамках темы мы рассмотрим только абиотические факторы, а конкретнее температуру и ее роль в жизни организмов.

Температура очень изменчивый в пространстве и времени экологический фактор. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер.

В характере воздействия экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.

3. Закономерности экологических факторов

Так, температура воздуха от +40 до +50°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность и животные впадают в тепловое оцепенение (анабиоз). Бурый медведь спит при одной температуре, а для активных действий, поиска пищи, размножения ему нужна другая температура.

Например, оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи. Сильный мороз без ветра переносится легче, а в ветреную погоду при сильном морозе велика вероятность обморожения.

Движение воздуха, м/с

Ощущения организмов одинаковы при разной комбинации трех факторов.

Согласно теории Ч.Дарвина все организмы изменчивы и способны к адаптации.

4. Температура

абиотический температура адаптация животный

5. Температурные адаптации

.1 Температурные адаптации у растений

5.2 Температурные адаптации животных

Животные обладают большей способностью приспосабливаться к изменению температуры, по сравнению с растениями. Они способны передвигаться, обладают собственной мускулатурой и производят собственное тепло.

В зависимости от механизмов поддержания постоянной температуры тела различают:

— пойкилотермных (холоднокровных) животных;

— гомойотермных (теплокровных) животных.

6. Основные пути температурных адаптаций

Для того чтобы жить и размножаться в определенных условиях окружающей среды, у животных и растений в процессе эволюции выработались самые разнообразные приспособления и системы соответствия этой среде обитания.

Существуют следующие пути температурных адаптаций:

При действии холода у теплокровных усиливаются окислительные процессы, особенно в мышцах. Вступает в действие химическая терморегуляция. Отмечается мышечная дрожь, приводящая к выделению дополнительного тепла. Особенно усиливается обмен липидов, так как в жирах содержится значительный запас химической энергии. Поэтому накопление жировых запасов обеспечивает лучшую терморегуляцию.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена у животных, как и у растений, является испарение воды путем потоотделения или через слизистые оболочки рта и верхних дыхательных путей. Это пример физической терморегуляции. Человек при сильной жаре может выделить до 12 литров пота в день, рассеивая при этом тепла в 10 раз больше нормы. Выделяемая вода частично должна возвращаться через питье.

Теплокровным животным, так же как и холоднокровным, свойственна поведенческая терморегуляция. В норах животных, живущих под землей, колебания температур тем меньше, чем глубже нора. В искусно построенных гнездах пчел поддерживается ровный, благоприятный микроклимат.

В ходе эволюции и при воздействии меняющихся факторов среды живая природа достигла большого разнообразия. Но процесс не прекратился: меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменившимся условиям окружающей среды и вырабатывают системы адаптации для обеспечения чрезвычайной приспособленности к условиям обитания. Эта способность организмов адаптироваться к изменению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания.

Список используемой литературы

Источник

§ 6. Температура как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные организмы

Оглавление

*Температура как абиотический фактор среды

В природе температура непостоянна. На суше она является одним из важных лимитирующих факторов среды. Влияние температуры на большинство организмов проявляется в регулировании биохимических и физиологических процессов жизнедеятельности. При сильном понижении температуры осуществление жизненных функций организма становится невозможным из-за резкого замедления обмена веществ. При повышении температуры скорость обменных процессов повышается до достижения определенной температуры, при высоких температурах (выше 45 °C) обмен веществ прекращается, и наступает гибель организма. Температура может также влиять на характер поведения, географическое распределение организмов. Для температурного фактора характерны широкие географические, сезонные и суточные колебания. Пределами выносливости для любого вида являются температуры, которые приводят к необратимому нарушению процессов жизнедеятельности. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует. Например, споры ряда микроорганизмов выдерживают охлаждение до –200 °C. Большинство вегетативных форм прокариот погибает при температуре +60 °C. Однако имеются термофильные бактерии, для которых минимальная температурная граница роста равна +60 °C, а максимальная — до +110 °C (так называемые экстремальные термофилы из гидротермальных источников на дне океанов). Для большинства эукариот верхняя граница температурного диапазона, как правило, не выходит за пределы +50 °C.

Диапазон колебаний температуры в воде значительно меньше, чем на суше, соответственно и пределы выносливости по отношению к колебаниям температуры у водных организмов ýже, чем у наземных. Однако, как для водных, так и для наземных обитателей наиболее оптимальной является положительная температура преимущественно в пределах 15—40 °C.

*Пойкилотермные и гомойотермные организмы

По способности регулировать температуру тела при изменении температуры внешней среды организмы разделяют на две группы: пойкилотермные и гомойотермные.

В условиях пониженной температуры среды обитания пойкилотермные организмы впадают в состояние анабиоза, характеризующееся отсутствием активности и минимальной интенсивностью обменных процессов. Тем не менее такие организмы обладают способностью противодействовать сдвигам температуры тела при колебаниях температуры окружающей среды. В основном это может достигаться за счет целенаправленного избегания воздействия более высоких или более низких температур путем выбора (если есть возможность) более холодной или более теплой среды. Например, змеи выползают на прогретые скалы, ящерицы — на стволы деревьев с солнечной стороны, лягушки — на теплые камни, листья. Для многих организмов характерно проявление активности или принятие определенной позы в зависимости от времени суток.

У насекомых во время полета за счет работы крыльев генерируется энергия, и температура тела может быть на 15—20 °С выше температуры окружающей среды. А у шмелей в горах на Кавказе было отмечено повышение температуры тела до 38—40 °C при температуре воздуха 4—8 °C. Общественные насекомые образуют скопления (муравейники, термитники), внутри которых может поддерживаться температура, значительно превышающая температуру окружающей среды.

Гомойотермными (от греч. hómoios — подобный и thérmē — тепло) называются организмы, способные поддерживать относительно постоянную температуру тела даже при существенных изменениях температуры внешней среды.

У гомойотермных животных чрезвычайно высокая сопротивляемость перегреванию была блестяще продемонстрирована около двухсот лет назад в опыте доктора Ч. Блэгдена в Англии. Вместе с несколькими друзьями и собакой он провел 45 мин в сухой камере при температуре +126 °C без последствий для здоровья. В то же время кусок мяса, взятый в камеру, оказался сваренным, а холодная вода, испарению которой препятствовал слой масла, нагрелась до кипения.

У гомойотермных животных при продвижении с юга на север средние размеры тела увеличиваются ( правило Бергмана ). Например, волк полярный — самый крупный из всех волчьих, медведь белый — из всех медвежьих, росомаха — из всех куньих, лось — из всех парнокопытных, глухарь — из всех тетеревиных. Объясняется это тем, что при увеличении размеров тела поверхность тела относительно его объема уменьшается, что снижает теплоотдачу.

В то же время выступающие части тела (уши, хвосты) у гомойотермных животных при продвижении с юга на север уменьшаются ( правило Аллена ). Например, самый южный и хорошо приспособленный к пустынной жизни представитель семейства псовых — фенек — при длине тела 30—40 см имеет уши длиной 15 см. Тогда как у лисицы, обитающей в умеренном поясе, уши гораздо меньше. И совсем небольшие уши имеет песец, средой обитания которого является тундра. Объясняется это тем, что чем меньше выступающие части тела, тем меньше поверхность тела, через которую уходит тепло. Для северных животных это выгодно, поэтому уши и хвосты у них маленькие. Для южных обитателей, наоборот, удобно иметь большую поверхность выступающих частей тела, чтобы повысить теплоотдачу.

Все ли гомойотермные животные всегда способны поддерживать постоянную температуру тела? Известно, что при резком снижении температуры среды некоторые виды млекопитающих и птиц способны впадать в оцепенение, внешне сходное с холодовым оцепенением пойкилотермных животных. При этом температура их тела значительно снижается и мало отличается от температуры окружающей среды. Нерегулярное оцепенение наблюдается у ласточек, стрижей, колибри, многих грызунов, некоторых сумчатых в связи с резким похолоданием, дождями или снегопадами. Сезонное оцепенение, которое принято называть зимней спячкой, характерно для сурков, сусликов, ежей, белок, летучих мышей, бурых медведей.

Вышеназванные виды птиц и млекопитающих выделяют в отдельную группу гетеротермных животных (от греч. héteros — иной, другой, thérmē — тепло). При благоприятных условиях существования они обладают способностью к изотермии, а при внезапном понижении температуры внешней среды, недостатке пищи и воды эти организмы теряют такую способность и ведут себя как пойкилотермные.

*Повторим главное. Температура может оказывать лимитирующее действие на организмы вследствие влияния на скорость процессов жизнедеятельности. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует. По способности регулировать температуру тела при изменении температуры внешней среды организмы разделяют на пойкилотермных и гомойотермных. У пойкилотермных организмов почти полностью отсутствуют механизмы терморегуляции, и температура тела изменяется одновременно с изменением температуры внешней среды. Гомойотермные организмы способны поддерживать относительно постоянную температуру тела в широком диапазоне изменений температуры среды. Такое явление называется изотермией. Среди гомойотермных существует небольшая группа организмов, которые при резком похолодании не способны к изотермии. Их называют гетеротермными организмами.

Проверим знания

* 1. Почему при продвижении с юга на север у животных увеличиваются размеры выступающих частей тела? Приведите аргументированные доказательства.
* 2. Как известно, слон и бегемот имеют крупные размеры тела, но живут на юге, что противоречит правилу Бергмана. Как это объяснить?

* Индивидуальное домашнее задание. Составьте перечень организмов, обитающих в районе вашего проживания. С помощью литературных источников установите их систематическую принадлежность и разделите на пойкилотермных и гомойотермных.

Источник

Температура как экологический фактор

Очень высокая температура вызывает денатурацию белка внутри живой клетки. Низкая — определяет превращение воды в кристаллы льда, которые поражают клетку. Тепло выделяется также в результате процесса дыхания в клетках организмов, приходит с лучами солнца, из геотермальных источников.

Группы организмов по способности регулировать температуру тела

1. Пойкилотермные или холоднокровные
Непостоянная температура тела и почти полное отсутствие механизмов терморегуляции. Температура тела незначительно или принципиально не отличается от температуры окружающей среды и изменяется вместе с ней. Примеры: растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.

2. Гомойотермные или теплокровные
Поддерживают относительно постоянную температуру тела даже при существенных колебаниях температуры окружающей среды. За счёт этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже 0° С (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Примеры: птицы и млекопитающие.

3. Частный случай гомойотермии — гетеротермия

Температура тела зависит от функциональной активности животного – в период активности они обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значительно понижается и мало отличается от температуры окружающей среды (лишь незначительно превышает). Примеры: суслики, барсуки, летучие мыши, ежи, бурые медведи, кенгуру.

Температурные приспособления животных

1. Химическая терморегуляция – изменяет уровень теплопродукции в организме. Например, большой пёстрый дятел зимой переходит на питание семенами ели, которые богаты маслами, насыщенными энергией.

2. Физическая терморегуляция изменяет уровень теплоотдачи организма. Пример — пигвины Адели имеют теплозащиту в виде жира и перьев, американский заяц крупные уши с густой сетью капилляров, способствующие теплоотдаче.

Каким образом организмы оптимизируют потери тепла в процесс эволюции? В чём роль наследственной изменчивости и естественного отбора в этом?

Отношение поверхности тела к его объёму

1. Правило Бергмана — из 2 близких видов теплокровных животных, отличающихся размерами, более крупный вид обитает в холодном климате. По сути, наследственная изменчивость определила формирование крупного размера тела, естественный отбор закрепил его в условиях низких температур.

2. Правила Аллена — у многих млекопитающих и птиц Северного полушария относительные размеры конечностей и других выступающих частей тела (ушных раковин, клювов, хвостов) увеличиваются в пределах их обитания к югу и уменьшается к северу, что необходимо для снижения теплоотдачи в холодном климате. В этом случае также важна роль наследственной изменчивости в изменении размера конечностей. Отбор оставляет те размеры конечностей, которые уменьшают теплоотдачу на холоде.

Типы температурных адаптаций растений

Физиолого-биохимические перестройки — накопление антифризов, изменение набора ферментов, обезвоживание.

Морфологические адаптации — опушение, определённое расположение листьев.

Приспособления растений к низким температурам

1. Зимостойкость — устойчивость к чередованию морозов и оттепелей, образованию ледяной корки, вымоканию. Осенью такие растения сбрасывают листья, почки защищены чешуями. Проявляется на уровне органов растений.

2. Морозоустойчивость — проявляется на уровне клеток и тканей как способность переносить действие низких температур. Например, яблони, озимые злаки, подснежники накапливают для этого в своём составе углеводы.

1. Состояние покоя — прекращение роста и снижение жизнедеятельности. Однолетники проходят состояние покоя на стадии семени.
2. Многолетники образуют специальные вещества — ингибиторы для замедления обменных процессов.

Источник

Температура как экологический фактор

Некоторые виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться в горячих источниках при температуре, близкой к точке кипения. Верхний температурный предел для бактерии горячих источников лежит около 90°С. Изменчивость температуры очень важна с экологической точки зрения.

По толерантности организмов к температурному режиму они делятся на эвритермные и стенотермные, т.е. способные переносить колебание температуры в широких пределах или узких пределах. Например, лишайники и многие бактерии могу жить при различной температуре, или орхидеи и другие теплолюбивые растения тропических поясов — являются стенотермными.

Некоторые животные способны поддерживать постоянную температуру тела, не зависимо от температуры окружающей среды. Такие организмы называются гомойтермными. У других животных температура тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Их называют пойкилотермными. В зависимости от способа адаптации организмов к температурному режиму они делятся на две экологические группы: криофиллы — организмы приспособленные к холоду, к низким темпера турам; термофилы — или теплолюбивые.

Правило Аллена — экогеографическое правило, установленное Д. Алленом в 1877 г. Согласно с этим правилом среди родственных форм гомойотермных (теплокровных) животных, ведущих сходный образ жизни, те, которые обитают в более холодном климате, имеют относительно меньшие выступающие части тела: уши, ноги, хвосты и т. д.

Уменьшение выступающих частей тела приводит к уменьшению относительной поверхности тела и способствует экономии тепла.

Примером данного правила являются представители семейства Собачьи из различных регионов. Наименьшие (относительно длины тела) уши и менее вытянутая морда в этом семействе — у песца (ареал — Арктика), а наибольшие уши и узкая, вытянутая морда — у лисицы фенека (ареал — Сахара).

Также это правило выполняется в отношении в человеческих популяций: самые короткие (относительно размеров тела) нос, руки и ноги характерны для эсскимосско-алеутских народов (эскимосов, инуитов), а длинные руки и ноги для фур и тутси.

Правило Бергмана — экогеографическое правило, сформулированное в 1847 г. немецким биологом Карлом Бергманом. Правило гласит, что среди сходных форм гомойотермных (теплокровных) животных наиболее крупными являются те, которые живут в условиях более холодного климата — в высоких широтах или в горах. Если существуют близкие виды (например, виды одного рода), которые существенно не отличаются по характеру питания и образу жизни, то более крупные виды также встречаются в условиях более сурового (холодного) климата.

Правило основано на предположении, что общая теплопродукция у эндотермных видов зависит от объёма тела, а скорость теплоотдачи — от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объём тела растет быстрее, чем его поверхность. Экспериментально это правило впервые было проверено на собаках разного размера. Оказалось, что теплопродукция у мелких собак выше на единицу массы, но независимо от размера она остается практически постоянной на единицу площади поверхности.

Правило Бергмана действительно нередко выполняется как в пределах одного вида, так и среди близких видов. Например,амурская форма тигра с Дальнего Востока крупнее суматранской из Индонезии. Северные подвиды волка в среднем крупнее южных. Среди близких видов рода медведь наиболее крупные обитают в северных широтах (белый медведь, бурые медведи с о. Кодьяк), а наиболее мелкие виды (например, очковый медведь) — в районах с теплым климатом.

В то же время это правило нередко подвергалось критике; отмечалось, что оно не может иметь общего характера, так как на размеры млекопитающих и птиц влияют многие другие факторы, кроме температуры. Кроме того, адаптации к суровому климату на популяционном и видовом уровне часто происходят не за счет изменений размеров тела, а за счет изменений размеров внутренних органов (увеличение размера сердца и легких) или за счет биохимических адаптаций. С учетом этой критики необходимо подчеркнуть, что правило Бергмана носит статистический характер и проявляет свое действие отчетливо при прочих равных условиях.

Действительно, из этого правила известно много исключений. Так, наиболее мелкая раса шерстистого мамонта известна с заполярного острова Врангеля; многие лесные подвиды волка крупнее тундровых (например, исчезнувший подвид с полуострова Кенай; предполагается, что крупные размеры могли давать этим волкам преимущество при охоте на крупных лосей, населяющих полуостров). Дальневосточный подвид леопарда, обитающий на Амуре, существенно меньше, чем африканский. В приведенных примерах сравниваемые формы отличаются по образу жизни (островные и континентальные популяции; тундровый подвид, питающийся более мелкой добычей и лесной, питающийся более крупной).

В отношении человека правило в определенной степени применимо (например, племена пигмеев, видимо, неоднократно и независимо появлялись в разных районах с тропическим климатом); однако из-за различий в местных диетах и обычаях, миграции и дрейфа генов между популяциями накладываются ограничения на применимость этого правила.

Правило Глогера состоит в том, что среди родственных друг другу форм (разных рас или подвидов одного вида, родственных видов) гомойотермных (теплокровных) животных, те, которые обитают в условиях тёплого и влажного климата, окрашены ярче, чем те, которые обитают в условиях холодного и сухого климата. Установлено в 1833 году Константином Глогером (Gloger C. W. L.; 1803–1863), польским и немецким орнитологом.

К примеру, большинство пустынных видов птиц окрашены тусклее, чем их родственники из субтропических и тропических лесов. Объясняться правило Глогера может как соображениями маскировки, так и влиянием климатических условий на синтез пигментов. В определённой степени правило Глогера распространяется и напойкилотермных (холоднокровных) животных, в частности, насекомых.

Влажность как экологический фактор

Первоначально все организмы были водными. Завоевав сушу, не утратили зависимости от воды. Составной частью всех живых организмов является вода. Влажность — это количество водяного пара в воздухе. Без влажности или воды нет жизни.

В природе существует суточный ритм влажности. Влажность колеблется по вертикали и горизонтали. Этот фактор наряду со светом и температурой играет большую роль в регулировании активности организмов и их распространении. Влажность изменяет и эффект температуры.

Важным экологическим фактором является иссушение воздуха. Особенно для наземных организмов, имеет огромное значение иссушающие действие воздуха. Животные приспосабливаются, передвигаясь в защищенные места и активный образ жизни ведут ночью.

Растения поглощают воду из почвы и почти полностью (97-99%) испаряется через листья. Этот процесс называется транспирацией. Испарение охлаждает листья. Благодаря испарению идет транспорт ионов, через почву к корням, транспорт ионов между клетками и т.д.

Определенное количество влажности совершенно необходима для наземных организмов. Многие из них для нормальной жизнедеятельности нуждаются в относительной влажности 100%, и наоборот организм находящийся в нормальном состоянии, не может жить долгое время в абсолютно сухом воздухе, ибо он постоянно теряет воду. Вода есть необходимая часть живого вещества. Поэтому потеря воды в известном количестве приводит к гибели.

Растения сухого климата приспосабливается морфологическими изменениями, редукцией вегетативных органов, особенно листьев.

Наземные животные также приспосабливаются. Многие из них пьют воду, другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии. Например, большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи. Большая часть животных пустынь никогда не пьет, они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступившей с пищей. Другие животные получает воду в процессе окисления жиров.

Вода для живых организмов совершенно необходима. Поэтому организмы распространяются по местообитанию в зависимости от своих потребностей: водные организмы в воде живут постоянно; гидрофиты могут жить только в очень влажных средах.

С точки зрения экологической валентности гидрофиты и гигрофиты относятся к группе стеногигров. Влажность сильно влияет на жизненные функции организмов, например, 70% относительная влажность была очень благоприятным для полевого созревания и плодовитости самок перелетной саранчи. При благоприятном размножении они причиняют огромный экономический урон посевам многих стран.

Для экологической оценки распространения организмов пользуются показателем сухости климата. Сухость служит селективным фактором для экологической классификации организмов.

Таким образом, в зависимости от особенностей влажности местного климата виды организмов распределяются по экологическим группам:

1. Гидатофиты — это водные растения.

2. Гидрофиты — это растения наземно-водные.

3. Гигрофиты — наземные растения живущие в условиях повышенной влажности.

4. Мезофиты — это растения, произрастающие при среднем увлажнении

5. Ксерофиты — это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на: суккуленты — сочные растения (кактусы); склерофиты — это растения с узкими и мелкими листьями, и свернутыми в трубочки. Они также делятся на эуксерофиты и стипаксерофиты. Эуксерофиты — это степные растения. Стипаксерофиты — это группа узколистных дерновинных злаков (ковыль, типчак, тонконог и др.). В свою очередь мезофиты также делятся на мезогигрофиты, мезоксерофиты и т.д.

Уступая по своему значению температуре, влажность относится тем не менее к основным экологическим факторам. На протяжении большей части истории живой природы органический мир был представлен исключительно водными нормами организмов. Составной частью огромного большинства живых существ является вода, и для осуществления размножения или слияния гамет почти все они нуждаются в водной среде. Сухопутные животные вынуждены создавать в своем теле искусственную водную среду для оплодотворения, а это приводят к тому, что последнее становится внутренним.

Свет как экологический фактор. Роль света в жизни организмов

Свет, есть одна из форм энергии. По первому закону термодинамики, или закону сохранения энергии, энергия может переходить из одной формы в другую. По этому закону, организмы являются термодинамической системой постоянно обменивающейся с окружающей средой энергией и веществом. Организмы, на поверхности Земли подвергаются воздействию потока энергии, в основном солнечной энергий, а также и длинноволного теплового излучения космических тел.

Оба эти фактора определяют климатические условия среды (температура, скорость испарения воды, движение воздуха и воды). На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал. на 1см 2 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, т.е. 1,34 кал. на см 2 в 1мин. Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра.

Степень ослабления солнечного света и космического излучения зависит от длины волны (частоты) света. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0,3 мкм почти не проходит через озоновый слой (на высоте около 25 км). Такое излучение опасно для живого организма в частности для протоплазмы.

В живой природе свет единственный источник энергии, все растения, кроме бактерий фотосинтезируют, т.е. синтезируют органические вещества из неорганических веществ (т.е. из воды, минеральных солей и СО-В живой природе свет единственный источник энергии, все растения, кроме бактерий₂ — при помощи лучистой энергии в процессе ассимиляции). Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих т.е. хлорофиллоносных растений.

Действие этих факторов зависит от свойства организмов. Каждый вид организма адаптирован к тому или иному спектру длиной волны света. Одни виды организмов адаптировались к ультрафиолетовым, а другие к инфракрасным.

Некоторые организмы способны различить длину волны. Они обладают специальными световоспринимаемыми системами и имеют цветное зрение, которые имеют огромное значение в их жизнедеятельности. Многие насекомые чувствительны к коротковолновому излучение, которое человек не воспринимает. Ночные бабочки хорошо воспринимают ультрафиолетовые лучи. Пчелы и птицы точно определяют свое местонахождение и ориентируются на местности даже ночью.

Организмы сильно реагируют и на интенсивность света. По этим признакам растения делятся на три экологические группы:

При снижении интенсивности света замедляется и фотосинтез. У всех живых организмов существуют пороговые чувствительности интенсивности света, а также к другим экологическим факторам. У различных организмов пороговая чувствительность к экологическим факторам неодинакова. Например, интенсивный свет тормозит развитие мух дрозофилл, даже вызывает их гибель. Не любят свет и тараканы и другие насекомые. У большинства фотосинтетических растений при слабой интенсивности света идет торможение синтеза белков, а у животных тормозятся процессы биосинтеза.

3. Теневыносливые или факультативные гелиофиты. Растения которые хорошо растут и в тени и на свету. У животных эти свойства организмов называются светолюбивые (фотофилы), тенелюбивые (фотофобы), эврифобные — стенофобные.

Экологическая валентность

степень приспособляемости живого организма к изменениямусловий среды. Э. в. представляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазономизменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Э. в. можетрассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплексафакторов.

В первом случае виды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора,обозначаются термином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври» (эвритермные — поотношению к влиянию температуры, эвригалинные — к солёности, эврибатные — к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшим изменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином сприставкой «стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкой Э. в. по отношению ккомплексу факторов, называются эврибионтами (См. Эврибионты) в противоположность стенобионтам (См.Стенобионты), обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможностьзаселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций,эти две группы часто называют соответственно эври- или стенотопными.

Эврибионты, животные и растительные организмы, способные существовать при значительные изменениях условий окружающей среды. Так, например, обитатели морской литорали переносят регулярное осушение во время отлива, летом — сильное прогревание, а зимой — охлаждение, а иногда и промерзание (эвритермные животные); обитатели эстуариев рек выдерживают значит. колебания солёности воды (эвригалинные животные); ряд животных существует в широком диапазоне гидростатического давления (эврибатные животные). Многие наземные обитатели умеренных широт способны выдерживать большие сезонные колебания температуры.

Эврибионтность вида увеличивается способностью переносить неблагоприятные условия в состоянии анабиоза (многие бактерии, споры и семена многих растений, взрослые многолетние растения холодных и умеренных широт, зимующие почки пресноводных губок и мшанок, яйца жаброногих ракообразных, взрослые тихоходки и некоторые коловратки и др.) или спячки (некоторые млекопитающие).

Ооцисты паразитических простейших, личинки и яйца некоторых нематод способны переносить очень сильное промораживание, высушивание, устойчивы ко многим ядам, что позволяет им длит. время сохранять жизнеспособность. У некоторых насекомых и ракообразных (например, стрекозы, сухопутные крабы) личинки ведут водный образ жизни, а взрослые особи — наземный. Т. о., условия существования на разных стадиях жизненного цикла очень различны, хотя каждая стадия ограничена более узким их диапазоном.

То же относится к некоторым паразитическим червям, обитающим на разных стадиях жизненного цикла в беспозвоночных, рыбах, млекопитающих и во внешней среде. Иногда взрослые особи бывают более эврибионтны, чем ранние стадии развития (например, у некоторых водных беспозвоночных и рыб). Эврибионтность некоторых широко распространённых видов обусловлена приспособленностью разных популяций таких видов к обитанию в районах с различными условиями. Т.о., степень эврибионтности вида в целом выше, чем отдельных особей или стадий развития. Э. обычно свойственны более широкие, ареалы, чем противопоставляемым им стенобионтам.

ПРАВИЛО ЧЕТВЕРИКОВА, правило, согласно к-рому в природе все виды живых организмов, представлены не отдельными изолированными особями, а в форме совокупностей числа (иногда очень большого) особей-популяций. Выведено С. С. Четвериковым (1903).

Наиболее часто используют семь общих критериев вида:

1. Специфический тип организации: совокупность характерных признаков, позволяющих отличить особей данного вида от особей другого.

3. Экологическая определенность: особи вида живут в конкретном диапазоне значений физических факторов среды, таких как температура, влажность, давление и пр.

4. Дифференцированность: вид состоит из более мелких групп особей.

6. Воспроизводимость: размножение особей может осуществляться бесполым путем (степень изменчивости низкая) и половым (степень изменчивости высокая, так как каждый организм сочетает признаки отца и матери).

7. Определенный уровень численности: численность претерпевает периодические (волны жизни) и непериодические изменения.

Особи любого вида распределяются в пространстве крайне неравномерно. Например, крапива двудомная в пределах своего ареала встречается только во влажных тенистых местах с плодородной почвой, образуя заросли в поймах Рек, ручьев, вокруг озер, по окраинам топей, в смешанных лесах и зарослях кустарников. Колонии европейского кроте, хорошо заметные по холмикам земли, встречаются на лесных опушках, лугах и полях. Подходящие для жизни
места обитания хоть и встречаются часто в пределах ареала, но не покрывают весь ареал, и поэтому на других его участках особи данного вида не встречаются. Нет смысла искать крапиву в сосновом лесу или крота на болоте.

Отличие популяции от вида:

1) особи разных популяций свободно скрещиваются друг с другом,

2) особи разных популяций слабо различаются между собой,

3) между двумя соседними популяциями нет разрыва, то есть между ними существует постепенный переход.

Процесс видообразования. Предположим, что данный вид занимает определенный ареал, определяемый характером питания. В результате дивергенции между особями увеличивается ареал. В новом ареале будут находиться участки с различными кормовыми растениями, физико-химическими свойствами и т. д. Особи, оказавшиеся в различных участках ареала, формируют популяции. В дальнейшем, в результате все усиливающегося различия между особями популяций, будет все явственнее, что особи одной популяции отличаются по какому-то признаку от особей другой популяции. Происходит процесс дивергенции популяций. В каждой из них накапливаются мутации.

Представители любого вида в локальной части ареала образуют местную популяцию. Совокупность местных популяций, связанных с однородными по условиям жизни участками ареала, составляет экологическую популяцию. Так, если вид обитает на лугу и в лесу, то говорят о его десной и луговой популяциях. Популяции в пределах ареала вида, связанные с определенными географическими границами, называются географическими популяциями.
Размеры и границы популяций могут резко меняться. При вспышках массового размножения вид расселяется очень широко и возникают гигантские популяции.

Совокупность географических популяций с устойчивыми признаками, способностью скрещиваться и давать плодовитое потомство называется подвидом. Дарвин говорил, что образование новых видов идет через разновидности (подвиды).

Следует, однако, помнить, что в природе часто какой-то элемент отсутствует.
Мутации, происходящие у особей каждого подвида, не могут сами по себе привести к образованию новых видов. Причина кроется в том, что данная мутация будет блуждать по популяции, так как особи подвидов, как мы знаем, репродуктивно не изолированы. Если мутация полезна, она увеличивает гетерозиготность популяции, если вредна, то будет попросту отброшена отбором.

В результате постоянно протекающего мутационного процесса и свободного скрещивания в популяциях накапливаются мутации. Создается, по теории И. И. Шмальгаузена, резерв наследственной изменчивости, т. е. подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и фенотипически не проявляются. По достижении высокой концентрации мутаций в гетерозиготном состоянии делается вероятным скрещивание особей, несущих рецессивные гены. При этом появляются гомозиготные особи, у которых мутации уже проявляются фенотипически. В этих случаях мутации уже подпадают под контроль естественного отбора.
Но это еще не имеет решающего значения для процессу видообразования, потому что природные популяции являются открытыми и в них постоянно вносятся чужеродны^ гены из соседних популяций.

Имеет место поток генов, дjстаточный для поддержания большого сходства генофондов (совокупность всех генотипов) всех местных популяций. Подсчитано, что пополнение генофонда за счет чужеродных генов в популяции, состоящей из 200 особей, каждая из которых имеет 100 ООО локусов, в 100 раз больше, чем-, за счет мутаций. Вследствие этого ни одна популяция не может резко меняться до тех пор, пока она подвержена нормализующему влиянию потока генов. Устойчивость популяции к изменению ее генетического состава под влиянием отбора называется генетическим гомеостазом.

В результате генетического гомеостаза в популяции образование нового вида сильно затруднено. Должно реализоваться еще одно условие! А именно необходима изоляция генофонда дочерней популяции от материнского генофонда. Изоляция может быть в двух формах: пространственной и временной. Пространственная изоляция возникает благодаря различным географическим барьерам, таким как пустыни, леса, реки, дюны, поймы. Чаще всего пространственная изоляция возникает из-за резкого сокращения сплошного ареала и распадения его на отдельные карманы или ниши.

Статистические и динамические характеристики популяций.

Виды организмов входят в биоценоз не отдельными особями, а популяциями или их частями. Популяция – это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Каждый вид в пределах занимаемой территории распадается на популяции.Если рассматривать воздействие факторов среды обитания на отдельно взятый организм, то при определенном уровне фактора (например, температуры) исследуемая особь либо выживет, либо погибнет. Картина меняется при изучении воздействия того же фактора на группу организмов одного вида.

Одни особи погибнут или снизят жизненную активность при одной конкретной температуре, другие – при более низкой, третьи – при более высокой.Поэтому можно дать еще одно определение популяции: все живые организмы, для того чтобы выжить и дать потомство, должны в условиях динамичных режимов экологических факторов существовать в виде группировок, или популяций, т.е. совокупности совместно обитающих особей, обладающих сходной наследственностью.Важнейшим признаком популяции является занимаемая ею общая территория. Но в пределах популяции могут быть более или менее изолированные по разным причинам группировки.

Численность не должна уменьшаться ниже пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Критическая численность также зависит от других факторов. Например, для некоторых организмов специфичен групповой образ жизни (колонии, стаи, стада). Группы внутри популяции относительно обособлены. Могут иметь место такие случаи, когда численность популяции в целом еще достаточно велика, а численность отдельных групп уменьшена ниже критических пределов.

У животных выделяют следующие возрастные группы:

— ювенильная группа (детская) сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

— взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию).

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются нормальные популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. В регрессивной (вымирающей) популяции преобладают старческие особи, что свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих воспроизводительные функции. Требуются срочные меры по выявлению и устранению причин такого состояния. Внедряющиеся (инвазионные) популяции представлены в основном молодыми особями. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи.

Особенно опасно, если это популяция видов, ранее отсутствовавших на данной территории. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек может изымать из нее количество особей (у животных) или биомассу (у растений), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол и другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

Тип II на рисунке. Близкий к этому типу характер кривой выживания свойственен человеку (хотя кривая выживания человека несколько более пологая и, таким образом, является чем-то средним между типами I и II). Этот тип носит названия типа дрозофиллы: именно его демонстрируют дрозофиллы в лабораторных условиях (не поедаемые хищниками). Для очень многих видов характерна высокая смертность на ранних стадиях онтогенеза. У таких видов кривая выживания характеризуется резким падением в области младших возрастов. Особи, пережившие «критический» возраст, демонстрируют низкую смертность и доживают до больших возрастов. Тип носит название типа устрицы. Тип III на рисунке. Изучение кривых выживания представляет большой интерес для эколога. Оно позволяет судить о том, в каком возрасте тот или иной вид наиболее уязвим. Если действие причин, способных изменить рождаемость или смертность, приходится на наиболее уязвимую стадию, то их влияние на последующее развитие популяции будет наибольшим. Эту закономерность необходимо учитывать при организации охоты или в борьбе с вредителями.

Возрастная и половая структуры популяций.

Любой популяции присуща определенная организация. Распределение особей по территории, соотношение групп особей по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают соответствующую структуру популяции: пространственную, половую, возрастную и т.д. Структура формируется с одной стороны на основе общих биологических свойств видов, а с другой – под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.

Структура популяции имеет, таким образом, приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют как сходные особенности, так и отличительные, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.

В целом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, на определенных территориях формируются приспособительные черты групповой адаптации популяции как надиндивидуальной системы, что говорит о том, что приспособительные особенности популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидов.

Возрастной состав — имеет важное значение для существования популяции. Средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности (или биомассы) особей различного возраста характеризуется возрастной структурой популяции. Формирование возрастной структуры происходит в результате совместного действия процессов размножения и смертности.

В любой популяции условно выделяются 3 возрастные экологические группы:

К предрепродуктивной группе относятся особи, еще не способные к воспроизведению. Репродуктивная – особи, способные к размножению. Пострепродуктивная – особи, утратившие способность к размножению. Длительность этих периодов сильно варьируется в зависимости от вида организмов.

При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. В быстро растущих популяциях преобладают молодые особи, а в сокращающихся — старые, уже не способные интенсивно размножаться. Такие популяции малопродуктивны, недостаточно устойчивы.

Имеются виды с простой возрастной структурой популяций, которые состоят из особей практически одного возраста.

Например, все однолетние растения одной популяции весной находятся в стадии проростков, затем почти одновременно зацветают, а осенью дают семена.

У видов со сложнойвозрастной структурой популяций одновременно живут несколько поколений.

Например, в стажах слонов имеются молодые, зрелые и стареющие животные.

Популяции, включающие много генераций (разных возрастных групп) более устойчивы, менее подвержены влиянию факторов, воздействующих на размножение или смертность в конкретном году. Экстремальные условия могут привести к гибели наиболее уязвимых возрастных групп, но самые устойчивые выживают и дают новые генерации.

Например, человек рассматривается как биологический вид, имеющий сложную возрастную структуру. Устойчивость популяций вида проявилось, например, во время второй мировой войны.

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.3.9).

Рис.3.9. Возрастные пирамиды популяции.

Устойчивость популяций вида в значительной степени зависит и от половой структуры, т.е. соотношения особей разных полов. Половые группировки внутри популяций формируются на базе различий в морфологии (форма и строение тела) и экологии различных полов.

Например, у некоторых насекомых самцы имеют крылья, а самки нет, у самцов некоторых млекопитающих имеются рога, но они отсутствуют у самок, у самцов птиц яркое оперение, а у самок маскирующее.

Экологические различия выражаются в пищевых предпочтениях (самки многих комаров сосут кровь, а самцы питаются нектаром).

Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей обоих полов при рождении. Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате физиологических, поведенческих и экологических различий самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность.

Анализ возрастной и половой структуры популяций позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений и лет. Это важно при оценке возможностей промысла рыбы, отстрела животных, спасения урожая от нашествий саранчи и в других случаях.

Источник

• ← Температура как у космонавта
• Температура как физическая величина →

Кривые выживания Характер возрастной структуры (или как говорят, возрастного спектра) популяции зависит от типа кривой выживания, свойственной данной популяции. Кривая выживания отражает уровень смертности в различных возрастных группах.