Текст книги "Биоэкология"

Автор книги: Евгений Гладков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)

Толщина подкожного жира у некоторых видов тюленей достигает 7 и более см. Теплоизолирующий эффект данного жирового запаса достаточно высокий, у животных жарких экосистем такое распределение жира привело бы к гибели от перегрева, поэтому жир у них запасается локально, в отдельных частях тела.

Морфофизиологические приспособления дополняются сложными формами приспособительного поведения (экономное расходование энергии на терморегуляцию, снижение напряжения физиологических терморегуляторных функций). Приспособительное поведение особенно эффективно, когда неблагоприятные температуры сочетаются с низкой доступностью кормов (суровая зима), например, использование особенностей микроклимата (выбор местности, укрытой от ветра, ведет к сокращению энергозатрат на физиологическую терморегуляцию).

В норах и гнездах животных температурные условия более благоприятны, особенно, при большой глубине норы. В умеренных широтах на глубине 130– 150 см от поверхности почвы в искусно построенных норах и гнездах менее интенсивно ощущаются даже сезонные колебания температуры и поддерживается благоприятный микроклимат.

Важное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности тела к его объему, так как масштабы продуцирования тепла в определенной степени зависят от массы животного, а теплообмен идет через его покровы. Связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями их обитания была обнаружена еще в девятнадцатом  веке. В общих случаях, согласно правилу Бергмана, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях теплокровных животных увеличиваются. Бергман объяснял, что эта закономерность проявляется лишь в том случае, если виды не отличаются другими приспособлениями к терморегуляции. Из проанализированных им 75 групп птиц в фауне Германии только около трети удовлетворяло найденному правилу. У некоторых млекопитающих, особое значение для поддержания теплового баланса имеют уши, снабженные большим количеством кровеносных сосудов. Огромные уши у маленькой пустынной лисички-фенека, превратились в специализированные органы терморегуляции.

Эффективным механизмом отдачи тепла служит испарение воды благодаря потоотделению или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Человек при сильной жаре может выделить до 10 – 12 л пота в день, при этом выделяемая вода, естественно, должна возмещаться через питье. Регуляция температуры через испарение требует затраты организмом воды и поэтому не всегда возможна. Среди гомойотермных животных выделяют группу гетеротермных. Гетеротермностъ – адаптивная стратегия среди птиц и млекопитающих, при которой закономерно сочетается использование выгод как постоянства, так и перемены температуры тела. Эти виды в активном состоянии поддерживают постоянную температуру тела на высоком уровне, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Основные формы проявления гетеротермности – способность впадать в спячку или оцепенение.

Зимняя спячка характерна для некоторых млекопитающих. Впадая в спячку, животные прекращают борьбу за поддержание высокой температуры тела, снижая ее всего до нескольких градусов выше нуля. Это сберегает энергетические ресурсы организма.

1.4.3. Влажность

Вода – необходимый компонент клетки, ее количество определяет флору и фауну местности. У растений пустынь вода составляет лишь 30-65 % от общей массы, в дубравах доходит до 85 %, в ельниках достигает 90 %.

Области, в которых количество испаряемой воды превышает годовую сумму осадков, называют аридными, или засушливыми. Области, обеспеченные влагой, называют гумидными (влажными).

Жизнь человека зависит от воды. Вода составляет более половины массы тела человека (65%). Она входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей. Человеческий мозг содержит почти 75% воды, сердце –74%, глаза–78%. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С годами человек высыхает, теряет влагу. Суточная потребность воды до 10 литров. Представить себе, что человек пьет каждый день 10 литров воды, очень сложно! Оказывается, что 7–8 л наши ткани создают сами. Эта эндогенная жидкость рождается в организме при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул. Однако, 2 л воды человек должен получить извне – либо в чистом виде, либо с различной пищей.

Количество воды, которое может потерять живой организм без ущерба для себя, колеблется в широких пределах. Для млекопитающих эти величины составляют 10 – 15 % от их веса. При потере всего 5 % из положенного организму человека количества жидкости пульс тут же учащается, а температура повышается. Потеря 12–15% воды приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды – к гибели организма.

Исключение среди млекопитающих составляет верблюд, который способен возместить потерю воды до 30 % и домовая мышь, выдерживающая потерю до 40 % воды, что позволяет мыши селиться в жилищах человека. Лидер обезвоживания – африканская двоякодышащая рыба протоптерус. К концу спячки, которую она проводит в иле, в некоторых организмах остается до 10 % начального веса!

Растения выработали различные приспособления к недостатку влажности (резкое сокращение вегетационного периода и длительный период покоя, когда растения переживают неблагоприятный период в виде семян, луковиц, клубней; сильно развитая корневая система).

Растения, приспособившись к условиям водного голодания, сильно сокращают листовую поверхность, ограничивают число устьиц и их способность испарять воду, у некоторых растений листья превращены в иглы или колючки (хвойные деревья, молочаи), опушены листья у многих альпийских растений, некоторые сбрасывают листья при засухе.

Растения подразделяют на несколько экологических групп, которые располагают по степени убывания влажности на территориях.

Гидадофиты (от греч. hydor, родительный падеж hydatos – вода и греч.phyton – растение) – полностью или большей своей частью погруженные в воду растения. К ним относятся такие обычные водные растения,как например кувшинка белая.

Иногда, выделяют в отдельную группу растения галофиты, среди которых есть виды способные существовать в морской воде.

Гидрофиты – растения, для которых менее важен влажный климат. К ним относятся пресноводные растения, которые меньше сталкиваются с проблемами осморегуляции.

Гидрофиты (от греч. hydor – вода и греч. phyton растение) – растения, погруженные в воду меньшей своей частью. Среди них тростник обыкновенный, рогоз узколистный и др.

Гигрофиты (от др.-греч. – влажный и phyton – растение) – растения, избыточно увлажненных местообитаний, где воздух насыщен водяными парами. Среди таких растений калужница болотная.

Мезофиты (от греч. mesos – средний и phyton – растение) – растения умеренно влажных местообитаний. В наших условиях это наиболее обширная экологическая группа растений – большинство цветковых растений, растущих в местах обеспеченных водой. Мезофиты имеют ряд морфологических и физиологических особенностей, помогающих уменьшать потерю воды путем испарения (кутикула, защищенные устьица, сбрасывание листвы и др.). Среди них луговые травы (клевер, газонные травы), многие лесные травы (ландыш майский, майник двулистный), лиственные деревья (рябина, черемуха, осина, верба, береза, клен, ольха).

Ксерофиты (от греческого хеrоs – сухой) – растения сухих местообитаний (представители пустынь и полупустынь), которые способны переносить продолжительную засуху.

Некоторые растения переживают неблагоприятные условия в виде семян (после дождя быстро прорастают), другие – за месяц вырастают, зацветают и дают семена, третьи – обладают анатомическими и физиологическими приспособлениями, позволяющими им вегетировать во время засухи.

1.4.4.Соленость

В водной среде содержание солей оказывает влияние на все организмы. Если в окружающей среде соленость больше, чем в клетках, то организму грозит обезвоживание, и ему приходится поглощать воду. Когда вода содержит солей меньше, чем внутри организма, ее следует выводить, чтобы не погибнуть, так как по законам осмоса вода стремится проникнуть в тело.

Водоемы, очень богатые солями, в основном, для обитания живых организмов не пригодны, однако, некоторые виды приспособились к существованию в таких условиях (рачок артемия, жгутиковые и др.).

В наземных экосистемах засоление важный экологический фактор.

По отношению к солям все растения делят на гликофиты, или растения пресных мест обитания, не обладающие способностью к произрастанию на засоленных почвах, и галофиты – растения засоленных местообитаний, толерантные к высокой концентрации солей

У галофитов выделяют 3 вида адаптации к засолению. Галофиты первой группы – наиболее солеустойчивые растения. Они накапливают большое количество соли в клетке (до 7% сухого веса) и при этом нормально функционируют (например, солерос). Проницаемость мембран для солей у них повышена и их экологический оптимум – высокое содержание солей в почве.

Галофиты этой группы настолько приспособлены к произрастанию на засоленных почвах, что при нормальном содержании солей повышение уровня засоления оказывает благоприятное влияние на их рост.

Галофиты второй группы не накапливают засоляющих ионов в своих тканях, а выделяют соли через особые морфологические образования, расположенные на листьях и стеблях. Затем соль сдувается ветром или смывается водой, часть солей удаляется с опадающими листьями. Растения данной группы характеризуются очень высокой интенсивностью фотосинтеза, что создает у них высокую концентрацию клеточного сока. Эта особенность позволяет им поглощать воду из засоленных почв. Вместе с тем протоплазма их неустойчива и легко повреждается солями. Таким образом, экологические приспособления данной группы включают способы избегания засоления. Среди таких растений хрустальная травка.

Галофиты третьей группы (малопоглощающие) поддерживают в условиях засоления низкую концентрацию соли в своих тканях. Это достигается пониженной интенсивностью транспорта засоляющих ионов путем связывания их органическими кислотами и белками. Среди таких растений полынь и лебеда.

Растения незасоленных почв и водоемов – гликофиты чувствительны к засолению.

Общим проявлением засоления у растений-гликофитов является ухудшение их жизнедеятельности, продуктивности, изменения в метаболизме, приводящие к остановке роста.

Жизнеспособность растений в засоленной среде обитания определяется функционированием многих адаптивных систем, направленных на поддержание ионного и водного гомеостаза, на защиту клеточных мембран, сохранение функциональной активности белков, нуклеиновых кислот и других биополимеров.

1.4.5.Кислотность

Кислотность оказывает на живые организмы значительное влияние. При сильном отклонении рН от оптимума наблюдается повреждение протоплазмы клеток корня многих сосудистых растений. Кислотность почвы влияет на степень доступности биогенных элементов и ядовитых веществ.

С повышением кислотности в реках и озерах видовое разнообразие сильно уменьшается: нарушается работа ферментов, газообмен через дыхательные поверхности, осморегуляция и др.

1.4.6.Кислород

Кислород является ресурсом для большинства живых организмов, без него могут жить лишь некоторые прокариоты.

В высокогорье содержание кислорода в воздухе служит границей для распространения многих животных.

В воде содержится около 1 % кислорода, живые организмы удовлетворяют потребность в кислороде по-разному: ракообразные имеют разные выросты (большую по отношению к объему поверхность тела); дельфины всплывают, чтобы сделать вдох, некоторые рыбы создают постоянный ток воды над дыхательными поверхностями, например жабрами.

В водоемах иногда бывают заморы – массовая гибель обитателей из-за нехватки кислорода, наступающая по разным причинам.

1.4.7.Течение

В реках на распространение живых организмов значительное влияние оказывает течение. На самом быстром течении растут нитчатые водоросли, мхи и печеночники; где течение слабее появляется водяной лютик, надежно прикрепляющийся к неподвижному предмету обильной порослью придаточных корней. Там, где течение очень медленное, появляются такие растения, как свободно плавающая ряска.

1.5. Жизненные формы организмов

Внешний облик животных и растений определяет среда обитания и образ жизни. Например, прыгающие млекопитающие обитают в степях, саваннах, где нет укрытий и быстрое передвижение – главная защита от хищников.

Жизненная форма вырабатывалась в ходе вековой эволюции видов.

Некоторые растения принимают разную жизненную форму: черемуха может быть и деревом, и кустом.

Состав жизненных форм организмов в сообществах –индикация особенностей окружающей среды.

Например, некоторые растения из-за экологических условий приобретают не свойственные им формы.

Для каждой экосистемы свойственны свои жизненные формы (для тундры характерны низкорослые растения, для умеренных широт – хвойные и широколиственные деревья, для степей травы и т. д.).

В качестве примера можно выделить одну из многих классификаций жизненных форм растений, в которой, кроме деревьев, кустарников и кустарничков и других известных форм покрытосеменных растений, выделяют монокарпики и поликарпики.

Монокарпики – растения цветущие и плодоносящие 1 раз в жизни. К ним относят однолетники, двухлетники и некоторые из многолетников (агавы, некоторые пальмы и др.). Монокарпики обычно погибают после плодоношения.

Поликарпики – растения, многократно цветущие и плодоносящие.

В связи с тем, что растения в отличие от животных не обладают подвижностью, для растений большую роль играет адаптация к различным экологическим факторам. Например, для некоторых растений пустыни характерны глубокие и разветвленные корневые системы, которые значительно эффективней поглощают воду, другие (кактусы) – накапливают воду в тканях. Некоторые растения имеют восковой налет и значительно меньше испаряют влагу. В сухой сезон у растений уменьшается листовая поверхность, а отдельные кустарники сбрасывают все листья, а иногда и целые ветки (потеря листьев ведет к уменьшению испарения влаги, что позволяет растениям выжить в жару и засуху.)

Для жизненных форм животных большое значение имеют экологические факторы, способ передвижения и характер пищи.

Жизненные формы животных в зависимости от температуры делят на пойкилотермных и гомойотермных.

По способу передвижения жизненных формы животных бывают: плавающие, роющие, наземные древесно-лазающие и воздушные.

При ухудшении условий окружающей среды некоторые виды приостанавливают свою жизнедеятельность и переходят в состояние анабиоза.

Анабиоз – это состояние мнимой смерти. Глубочайший анабиоз – практически полная остановка обмена веществ. Однако в отличие от смерти организмы могут возвращаться к активной жизни.

Состояние анабиоза помогает животным практически не расходовать запасы жира, т.е. практически не тратить энергию.

Анабиоз возможен только при полном обезвоживании организмов. При этом потеря воды клетками тела не должна сопровождаться нарушением внутриклеточных структур.

Состояние сниженного обмена веществ, повышающего устойчивость организмов, называют скрытой жизнью.

Скрытая жизнь – это явление, близкое к анабиозу, способствует экономии энергии.

Скрытая жизнь позволяет переживать неблагоприятные условия окружающей среды, а при улучшении условий организмы вновь возвращаются к активной жизни.

К скрытой жизни относятся следующие явления: зимний покой растений, спячка позвоночных и т.д.

Противоположный способ выживания – поддержание постоянства внутренней среды (терморегуляция у птиц и млекопитающих). Многие растения могут переносить засуху и расти в жарких пустынях, запасы воды в вакуолях клеток позволяют растениям переносить неблагоприятные условия.

При анабиозе и скрытой жизни организмы экономят энергию и обладают повышенной устойчивостью, но плохо адаптируются к значительному ухудшению условий, так как обладают малой активностью.

При постоянстве внутренней среды организмы поддерживают активность в широком диапазоне условий окружающей среды, однако при этом они тратят много энергии.

Еще один способ выживания – избегание неблагоприятных условий и поиск более благоприятных местообитаний.

Этот способ доступен только организмам, обладающим подвижностью.

Яркие примеры поиска благоприятных местообитаний – дальние перелеты птиц, создание гнезд и нор животными, зимовка в снегу (зимой тетеревиные зарываются в снег, где проводят большую часть времени).

1.6. Антропогенные факторы

Человек – часть биосферы. Все ресурсы он получает из биосферы, туда же он сбрасывает отходы – промышленные и бытовые. Человек значительно расширил промышленную деятельность в последнее столетие. В результате возникли острейшие проблемы: истощение природных ресурсов, потепление климата, загрязнение окружающей среды выбросами промышленных предприятий и транспорта, бытовыми отходами, ядохимикатами, вымирание некоторых видов растений и животных, разрушение естественных экосистем.

Антропогенные факторы – факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека и оказывающие влияние на живые организмы.

Антропогенные факторы делят на три группы:

– изменение и загрязнение окружающей среды;

– изменение численности живых организмов, в том числе вымирание видов;

– переселение организмов.

Человек всегда оказывал влияние на окружающую среду. Среди первых элементов воздействия на окружающую среду можно назвать зачатки земледелия. Катастрофические результаты влияния человека на природу впервые были отражены в списке истреблённых человеком видов растений и животных. Большой урон понесла природа в период великих географических открытий. Произошло внезапное расширение всемирного рынка, появилось множество колоний. Из колоний в Европу хлынуло большое количество золота и серебра. Однако, стремление некоторых мореплавателей быстро обогатиться любым путем, а также необходимость пищевых ресурсов привели к безвозвратной потере многих видов, особенно пострадали островные виды. Многие острова представляют собой уникальные экосистемы, некоторые островные виды – эндемичны, т.е. не встречаются больше нигде. Островные виды уникальны своей уязвимостью. Доверчивость животных, небольшое количество или полное отсутствие хищников, слабая конкуренция характерны для некоторых островов. Одним из самых известных вымерших животных был дронт, который даже был описан в сказках (мы можем прочесть о нем в одной из глав сказок «Алиса в стране чудес» и « Мэри Поппинс»). «Додо» (в переводе с португальского означает дурачок) так назвали дронта португальцы, потому что он совершенно не боялся человека. Матросы ради спортивного интереса соревновались в том, кто больше забьет дронтов. А это было очень просто сделать, используя лишь дубинки. Единственной защитой дронта был клюв. Более 400 лет назад, в 1598 г., появилось первое непрофессиональное описание бескрылой птицы дронта. Ученый мир Европы узнал о необычной, нелетающей птице додо. Одно из описаний гласит: «больше наших лебедей, с огромной головой, до половины покрытой перьями, как бы с капюшоном. Хвост состоит из нескольких мягких загнутых внутрь перьев пепельного цвета» Взрослая птица весила до 25 кг, почти вдвое больше индюка. Лапы дронта с четырьмя пальцами напоминали индюшачьи. Дронты обладали изогнутым, почти орлиным клювом и неоперенной кожей вокруг него и глаз. Необычно у этой птицы буквально все, особенно гнездовое поведение. Гнездо сооружалось в виде холмика из земли, пальмовых листьев и веток, куда откладывалось одно единственное крупное (не меньше гусиного) белое яйцо. Насиживали его 7 недель поочередно самка и самец. В период высиживания родители никого не подпускали к гнезду, опасность до появления человека представляли особи того же вида. Дронт не мог летать и быстро бегать. На островах не было хищников, и бояться было нечего. В результате многовековой эволюции додо постепенно утратил крылья, которые превратились в несколько перышек. Спокойная жизнь для дронтов закончилась, когда появился человек. Дронт обладал вкусным мясом, достаточно было всего лишь трех птиц, чтобы накормить всю команду корабля. На все плавание хватало нескольких десятков засоленных дронтов. Дронт не выдержал соседства свиней, собак и крыс. Всеядные свиньи стали поедать птичьи яйца и птенцов. Затем на остров были завезены кролики, индийские зайцы, мангусты, козы, кошки и др. Если серого маврикийского дронта удалось довезти живым до зоопарков северных широт, то с его родственниками это никак не получалось. Наблюдавший в 1668 французский священник писал: « я увидел птицу, которую нигде раньше не встречал. Колонисты называют ее пустынником, так как она действительно любит одиночество и встречается в глухих местах. Она была бы похожа на индюка, если бы не длинные ноги. Ее красивое оперение радует глаз. Цвет его постоянно меняется, отливая золотом. Мясо у нее изысканное… Каждый из нас захотел взять с собой по две птицы, чтобы послать их во Францию и там передать Его Величеству; но на корабле птицы умерли, вероятно, от тоски, отказавшись от еды и питья». Последнее упоминание о маврикийском дронте относится к 1681 г.В этот период английский художник Бенджамин Хэрри, наблюдая за живым дронтом на Маврикии, сделал зарисовку с натуры. Его манускрипт хранится в Британском музее. В 1693 г. додо впервые не попал в список животных Маврикия, так как исчез полностью.

За последние 10 тыс. лет на Земле уничтожено более чем 2/3 лесов. Особенно сильно этот процесс идет в наше время (например, в Греции леса занимали 65 % площади, сейчас менее 15 %). Колоссальные площади лесов превратились в пустыни.

Резкое сокращение лесов вызвало обмеление рек и озер, наводнения и селевые потоки, эрозию почв и изменение климата. Сильно пострадала флора, но еще сильнее фауна.

Самый большой урон понесла фауна океанских островов и Австралии. В Австралии исчезло 7 видов кенгуру, а в ее штате Новый Уэльс вымерло 20 % видов сумчатых, под влиянием выпаса овец. На Гавайских островах вымерло более 60 % видов фауны, на Маскаренских островах исчезло 86 % всех видов.

Среди исчезнувших видов: морская корова, длиной до 8 метров, весом до 3,5 тонн, обитала у берегов Командорских островов, паслась на мелководье группами, питалась водорослями, была чрезвычайно доверчивой, исчезла в течение 27 лет после ее открытия.

Морская корова с большим доверием относилась к людям, подплывая к берегам настолько близко, что ее можно было даже погладить. Она была необыкновенна незлопамятна. Если морской корове, подплывшей слишком близко к берегу, причинить боль, то она удалялась, но вскоре забывала обиды и снова возвращалась.