Екологічні адаптації організмовк світлового режиму - студопедія

Наземно-повітряне середовище проживання.

Для наземно-повітряна середовища характерні: низька пліт-ність повітря, великі коливання температури (річні амплітуди до 100 градусів), висока рухливість атмо-сфери. Лімітують факторами найчастіше є недолік або надлишок тепла і вологи. В окремих випадках, наприклад під пологом лісу, брак світла.

Всім живим організмам для здійснення процесів життєдіяльності необхідна енергія, яка надходить ззовні. Основним джерелом її є сонячна радіація, на яку припадає 99,9% в загальному балансі енергії Землі. На видимі промені припадає приблизно половина всієї, посту-Пающіє на Землю, променевої енергії. Решта 50% складають невидимі інфрачервоні промені, близько 1% - ультрафіолетові. Серед ультрафіолетових (УФЛ) до поверхні Землі доходять лише довгохвильові (290-380 нм), а короткохвильові, згубні для всього живого, поглинаються на висоті 20-26 км озоновим екраном - шаром атмосфери, що містить молекули О3. Длінновол-нові УФЛ мають високу хімічну активність. У діапазоні 250-300 нм УФЛ мають потужну бактери-ЦІДН дію і у тварин викликають утворення з стеролов віт. D; при довжині хвилі 200-400 нм у людини насту-Пает загар, який є захисною реакцією шкіри. Інфрачервоні промені з довжиною хвилі більше 750 нм надають теплову дію; їх використовують тварини з непостійною температурою тіла.

Видима радіація несе приблизно 60% сумарної енергії. З областю видимої радіації, яка сприймається людським оком, майже збігається ФР - фізіологічна радіація (довжина хвилі 300-800 нм), в межах якої виділяють ФАР - область фотосинтетичний активній радіації (380-710 нм). Область ФР можна умовно розділити на ряд зон: ультрафіолетову (менш 400 нм), синьо-фіолетову (400-500нм), жовто-зелену (500-600 нм), оранжево-червоне, (600-700 нм), далеку червону (більш 700 нм).

Зеленим рослинам світло потрібен для освіти хлоро-Філла, формування гранальной структури хлоропластів; він регулює роботу устьічного апарату, впливає на газо-обмін і транспірацію, активізує ряд ферментів, стимулює біосинтез білків і нуклеїнових кислот. Світло впливає на розподіл і розтягнення клітин, ростові процеси, і на розвиток рослин, визначає терміни цвітіння і плодоношення, але найбільше значення світло має в повітряному харчуванні рослин, у використанні ними солнеч-ної енергії в процесі фотосинтезу. З цим пов'язані основні адаптації рослин по відношенню до світла. Про це свідок-ствует весь хід еволюції наземних вищих рослин. Фотоавтотрофи здатні асимілювати СО2. іспользуялучістую енергію Сонця і перетворюючи її в енергію хімічних зв'язків в органічних сполуках. На суші длявисшіх фотоавтотрофної рослин умови освітлення практично скрізь сприятливі, і вони ростуть всюди, де дозволяють кліматичні і грунтові умови, пріспосаблі-ваясь до світлового режиму даного місцеперебування. У житті рослин велике значення має і кількість падаючого світла, т. Е. Інтенсивність освітлення. Вона змінюється в біль-ших межах в різні місяці вегетаційного періоду в залежності від широти місцевості.

У рослин виникають різні морфологічні і фізіологічні адаптації до світлового режиму местообі-таний.

На вимогу до умов освітлення прийнято ділити рослини на такі екологічні групи:

1. Світлолюбні (світлові) або геліофітів - рослини відкритих, постійно добре освітлюваних місць проживання. Приклади: лугові трави (вогнище безостий, тимофіївка лугова, райграс високий), з лісових рослин (анемона жовтецева, гусячий цибулю, рясту).

3. Тіньовитривалі, або факультативні геліофітів, - можуть переносити більшу або меншу затінення, але добре ростуть і на світлі. Приклади: тонконіг лучний, їжака збірна,
суниця та ін.

Для тварин сонячне світло не є таким необ-дімим фактором, як для зелених рослин. Оскільки всі гетеротрофи в кінцевому рахунку існують за рахунок енергії, накопиченої рослинами. Проте і в житті тварин світлова частина спектра сонячного випромінювання відіграє важливу роль. Різні види тварин потребують світлі визначено-ного спектрального складу, інтенсивності та тривалості освітлення. Відхилення від норми пригнічують їх життєдіяльність і призводять до загибелі. Розрізняють види світлолюбні (фотофіли) і тіньолюбиві (фотофобія); евріфотние, що виносять широкий діапазон освітленості і стенофотние, які переносять вузькообмежена умови освітленості.

Світло для тварин необхідна умова бачення, зри-котельної орієнтації в просторі. Розсіяні, відбиті від навколишніх предметів промені, які сприймаються органами зору тварин, дають їм значну частину інформації про зовнішній світ. Розвиток зору у тварин йшло парал-лельно з розвитком нервової системи.

Тварини орієнтуються з допомогою зору під час далеких перельотів і міграцій. Птахи, наприклад, з пора-зітельно точністю обирають напрямок польоту, преодо-ліва іноді багато тисяч кілометрів від гніздівель до місць зимівлі. відсутні всі видимі прояви життя. Анабіоз дозволяє організмам пережити холодну пору року. Анабіоз супроводжується значними втратами води (до 75%). При настанні сприятливих умов організми виходять зі стану анабіозу і процеси жізнедеятель-ності поновлюються.

При адаптації до холоду проявляється закон економії поверхні, так як компактна форма тіла з мінімальним відношенням площі до обсягу найбільш вигідна для збереження тепла. Зв'язок розмірів і пропорцій тіла тварин з кліматичними умовами їх проживання була помічена ще в XIX в. Згідно з правилом К. Бергмана великі види, що належать до певної сістематічес-кою групі гомойотермних тварин, живуть в найбільш холодних кліматі, а дрібні - в теплому кліматі. Суть цього правила в необхідності підтримки для гомойотермних тварин постійної внутрішньої температури тіла. Втрати тепла відбуваються, головним чином, через поверхню тіла. Чим більше тварина і, отже, менше відношення поверхню / обсяг, тим менше і втрати тепла через тепло-віддачу. Відомо, що з усіх геометричних фігур з рівним об'ємом найменшу поверхню має кулю. Тваринам вигідніше мати масивне тіло, максимально наближаючись до форми кулі.

Д. Аллен в 1877 р помітив, що у багатьох ссавців і птахів північної півкулі відносні розміри конеч-ностей і різних виступаючих частин тіла (хвостів, вух, дзьобів) збільшуються на південь. Терморегуляціонная значення окремих ділянок тіла далеко не рівноцінна. Виступаючі частини мають велику відносну поверх-ність, яка вигідна в умовах жаркого клімату. У мно-гих ссавців особливе значення для підтримки теплового балансу мають вуха, забезпечені великим коли-кість кровоносних судин.

Адаптації організмів до водного режиму наземно-повітряного середовища. Перебіг всіх біохімічних процесів в клітинах і нормальне функціонування організму в цілому можливо тільки при достатньому забезпеченні його водою - необхідною умовою життя.

Вся еволюція наземних організмів йшла під знаком пристосування до добування і збереженню вологи. Режими вологості середовища на суші дуже різноманітні - від повного і постійного насичення повітря водяними парами до прак-тично повної їх відсутності в сухому повітрі пустель.

У тварин розрізняють три механізму регулювання вод-ного балансу: морфологічний - через форму тіла, покриви; фізіологічний - за допомогою вивільнення води з жирів, білків і вуглеводів (метаболічна вода), через випаровування і органи виділення; поведінковий - вибір кращого розташування в просторі.

Пустельні тварини мають особливий тип обміну речовин, при якому вода утворюється в організмі при поїданні сухого корму (гризуни). Джерелом води служить і жир, накапл віють у деяких тварин в великих кількостях (верблюди, курдючні вівці). Копитні здатні в пошуках води пробігати великі відстані. Багато дрібні тварини на період посухи впадають в анабіоз.

Рослини уникають зневоднення або за допомогою запа-сания води в тілі і захисту її від випаровування (сукуленти), або через збільшення частки підземних органів (кореневих систем) в загальному обсязі тіла. Зменшенню випаровуванню спосіб-обхідних також різного роду покриви (волоски, щільна кутикула, восковий наліт). При надлишку води механізми її економії слабо виражені. Навпаки, деякі рослини здатні виділяти надлишкову воду через листя, в крапельно-рідкому вигляді ( «плач рослини»).

Адаптації рослин посушливих місць проживання - прони-кание коренів на значні глибини (верблюжа колючий-ка); розгалужена коренева система; зменшення площі листових пластинок або їх видозміни в колючки (як-туси); зменшення кількості продихів; накопичення води в органах і економне її використання; переживання засушити-ливого періоду у вигляді підземних пагонів (кореневищ, цибулин) і т. д.

Екологічні групи рослин по відношенню до води:

- Гідатофіти - це водні рослини, цілком або майже цілком занурені в воду. Серед них - квіткові, кото-які вдруге перейшли до водного способу життя (елодея,
рдести, водяні лютики, валліснерія і ін.). Вийняті з води, ці рослини швидко висихають і гинуть. У них скорочені продихи і немає кутикули.

Листові пластинки у гідатофітов, як правило, тонкі, без диференціювання мезофіт, часто розсічені, що спо-собствует більш повному використанню ослабленого в воді сонячного світла і засвоєнню С02. Нерідко виражена різнолистний - гетерофіллія; у багатьох видів є плаваючі листя, мають світлову структуру. Підтримувані водою пагони часто не мають механічних тканин, в них добре розвинена аеренхіма.

Коренева система квіткових гідатофітов сильно редуці-рована, іноді відсутній зовсім або втратила свої основ-ні функції (у рясок). Поглинання води і мінеральних солей відбувається всією поверхнею тіла.

- Гідрофіти - це рослини наземно-водні, частково занурені в воду, що ростуть по берегах водойм, на дрібно-водья, на болотах. До них можна віднести очерет обикн-венний, калужніцу болотну та інші види. У них краще, ніж у гідатофітов, розвинені провідні і механічні тканини. У гидрофитов є епідерміс з устьицами, интен-ність транспірації дуже висока, і вони можуть рости тільки при постійному інтенсивному поглинанні води.

Гігрофіти - наземні рослини, що живуть в умовах підвищеної вологості повітря і часто на вологих ґрунтах. Тіньові гігрофіти - це рослини нижніх ярусів сирих лісів в різних кліматичних зонах (Кірка альпійська, багато тропічні трави). Через високу вологість возду- ха у них може бути утруднена транспирация.

До світлових гігрофітам відносяться і види відкритих місце-мешкань помірної смуги, що ростуть на постійно вологість-них грунтах і у вологому повітрі (папірус, рис, Подмарев-ник болотний та ін.).

Мезофіти можуть переносити нетривалу і не дуже сильну посуху. Це рослини, які ростуть при середньому зволоженні, помірно теплому режимі і досить хорошою забезпеченості мінеральним живленням. До мезофіт-там можна віднести дерева верхніх ярусів тропічних лісів, деревні породи лісів помірного поясу, чагарники, трав'янисті рослини, рослини заплавних лук.

Ксерофіти зростають в місцях з недостатнім зволоженням і мають пристосування, що дозволяють добувати воду при її нестачі, обмежувати випаровування води або запасати її на час посухи. Ксерофіти поділяються на два типи:

- сукуленти - соковиті рослини з сильно розвиненою водозапасающими паренхіми в різних органах. Стеблові сукуленти - кактуси; листові сукуленти - алое, агави,
молодило; кореневі сукуленти - аспарагус, кислиця.

Листя, а в разі їх редукції стебла сукулентів мають товсту кутикулу. Устячка занурені, відкриваються в щілину, де затримуються водяні пари. Вдень вони закриті. Це допомагає сукулентів зберігати накопичену вологу, але зате погіршує "газообмін. Тому багато сукуленти при відкритих продихах поглинають СО2. Який тільки на наступний день переробляють в процесі фотосинтезу;

- Склерофіти - це рослини, навпаки, сухі на вигляд (ковили, злаки), часто з вузькими і дрібним листям, іноді згорнутими в трубочку. Листя можуть бути також розсічений-ними, покритими волосками або восковим нальотом. Добре розвинена склеренхіма, тому рослини без шкідливих наслідків можуть втрачати до 25% вологи не завядая. У клітинах переважає зв'язана вода. Сисна сила коренів до кількох десятків атмосфер, що дозволяє успішно добувати воду з грунту. При нестачі води різко знижують транспірацію.