Екологічні групи організмів

Як ми вже з'ясували на попередніх уроках, межі витривалості організмів по відношенню до різних екологічним факторам сильно розрізняються. Набір відповідних адаптацій і широта меж витривалості визначають поширення даного виду, можливість його існування в даній природній зоні. По відношенню до різних екологічних факторів виділяють екологічні групи організмів. В основі екологічної класифікації організмів належить ставлення організмів до даного екологічного фактору. Таким чином, існує безліч класифікацій - по відношенню до світла, до тепла, до вологості і т.п.

Сьогодні ми розглянемо екологічні групи організмів по відношенню до світла, до тепла, а також особливості цих екологічних факторів.

Однак спочатку пара слів про адапатціях (тобто пристосувальних реакціях) взагалі. Вчення про адаптаціях - одна з найбільш розроблених частин екології. Тут лежить сфера перетину таких наук як екологія, еволюційне вчення (так як процес еволюції, по суті, являє собою процес появи ефективних адапатцій), фізіологія (фізіологічні механізми адаптацій) та ін.

Розрізняють три основні шляхи адаптації до несприятливих умов середовища:

активний - активна перебудова функцій організму (наприклад, виникнення теплокровности, а по-науковому - гомойотермности);

пасивний - пасивне підпорядкування функцій організму змін зовнішнього середовища (наприклад, холоднокровні, або пойкілотермні, тварини);

уникнення - уникнення несприятливих умов (таксиси в рослин, міграція у тварин, вироблення циклів розвитку у тварин і рослин).

Практично єдиним джерелом енергії для всіх живих організмів є енергія сонця. Безпосередньо утилізувати сонячну енергію може тільки одна група організмів - зелені рослини (про це розмова піде в наступних уроках) і фотосинтезуючі організми. Мова, зрозуміло, про унікальне явище - фотосинтезі. Всі інші організми, по суті, поглинають енергію сонця, перетворену зеленими рослинами в енергію хімічних зв'язків.

Сонячна радіація, з фізичної точки зору, являє собою електромагнітне випромінювання з широким діапазоном довжин хвиль. Екологічні та біологічні ефекти хвиль різної довжини різні.

Іонізуюче випромінювання (довжина хвиль менше 150 нм). Природний, а також техногенний радіоактивний фон. Біологічна дія здійснюється, перш за все, на субклітинному рівні. Можливо шкідливу дію на генетичний апарат статевих клітин (мутагенний ефект), соматичних клітин (канцерогенний ефект).

Ультрафіолетові промені (150-400 нм). Найбільш короткохвильова (200-280 нм) частина спектра практично повністю поглинається озоновим екраном. УФ-промені з довжиною хвилі 280-320 нм мають канцерогенну дію, проте механізм цієї дії до кінця неясний. Ці промені також активують деякі мікроорганізми. Частина спектра від 300 нм (саме ці промені, в основному, досягають поверхні Землі) надає на організми, головним чином, хімічне дію; активують процеси клітинного синтезу; під впливом цих променів в організмі синтезується вітамін D3, який регулює обмін кальцію та фосфору і нормальний ріст організмів. Багато ссавці, які виведуть дитинчат в норах, регулярно виносять їх на освітлені сонцем місця поблизу нори (наприклад, лисиці, борсуки). Основна роль цієї поведінки, як вважають, нормалізація синтезу вітаміну D, регуляція продукції меланіну (чорного пігменту). У той же час надлишок УФ-променів відіграє негативну роль.

Гігантська значення відіграє видиме світло. Крім хімічного (у верхній, синьо-фіолетового, частини спектра) і теплового (в нижній, червоно-жовтої, частини спектра) дії, видиме світло має сигнальне значення. Орієнтація багатьох тварин в просторі, сигналізація між тваринами (завдяки зору), синхронізація ритмів життя рослин із сезонною динамікою (завдяки зміні тривалості світлі дня) неможливі без видимого світла.

Тут потрібно зробити короткий відступ. Серед безлічі класифікацій екологічних факторів, існує цікава класифікація, що розрізняє вітальні (енергетичні) і сигнальні екологічні фактори. Перші роблять безпосередній вплив на життєдіяльність організмів, змінюють їх енергетичний стан. Приклади таких факторів: температура, хижацтво і інші. Фактори другої групи (сигнальні) несуть інформацію про зміну характеристик середовища, викликають зміна в поведінці, життєвої стратегії організмів і т.д. Приклади таких факторів: феромони, тривалість світлового дня. При цьому СВІТЛО є прикладом екологічного чинника, що володіє як вітальним, так і сигнальним дією. З одного боку, він служить головним джерелом енергії для фотосинтезу рослин, а з іншого - він грає важливу роль в здійсненні біологічних ритмів різної тривалості.

По відношенню до світла виділяють наступні екологічні групи рослин:

тіньовитривалі (факультативні геліофітів).

Геліофітів. Світлові рослини. Мешканці відкритих місць проживання: лугів, степів, верхніх ярусів лісів, ранньовесняні рослини, багато культурних рослин.

Характеризуються такими ознаками:

дрібні розміри листя; зустрічається сезонний диморфізм: навесні лестощі дрібні, влітку - більше;

листя розташовуються під великим кутом, іноді майже вертикально;

листова пластинка блискуча або густо опушена;

утворюють виряджені насадження.

Сциофіти. Чи не виносять сильного світла. Житла: нижні затемнені яруси; мешканці глибоких шарів водойм. Перш за все, це рослини, що ростуть під пологом лісу (кислиця, Костина, снить).

Характеризуються такими ознаками:

листя великі, ніжні;

листя темно-зеленого кольору;

характерна так звана листова мозаїка (тобто особливе розташування листів, при якому листя макимально не заступають один одного).

Тіньовитривалі. Займають проміжне положення. Часто добре розвиваються в умовах нормального освітлення, але можуть при цьому переносити і затемнення. За своїми ознаками займають проміжне положення.

Температура, на відміну від світла, є виключно вітальним (енергетичним) фактором. У рослин і тварин (особливо холоднокровних тварин) підвищення температури тіла викликає прискорення всіх біохімічних і фізіологічних процесів. Так, при підвищенні температури скорочується час, необхідний для проходження окремих стадій розвитку. Наример, для розвитку гусениць метелика-капустянки від яйця до лялечки при температурі 10 С потрібно 100 діб, а при 26 С - тільки 10 діб.

Залежність швидкості розвитку від температури описується S-подібної кривої:

Точка а. в якій крива v = f (t) перетинає шкалу температур (тобто вісь OX), називається порогом розвитку. При температурі нижче даної розвиток не відбувається.

Так звана сума активних температур, тобто сума температур, які необхідно набрати для завершення циклу розвитку, використовується в сільському господарстві. Описується сума активних температур S tефф так:

y - це час розвитку, t - температура, при якій відбувається розвиток. Stефф - постійна (звичайно, в статистичному сенсі - індивідуальні відмінності, безумовно, є) величина для даного виду. Знайдена закономірність (а математики, напевно, вже встигли привести попередню залежність до виду y = S / (t-a)) знаходить практичне застосування. Знаючи тривалість розвитку при різних температурах, можна обчислити суму активних температур. Зазвичай сума активних температур для сільськогосподарських рослин вже відома; на підставі її значення і конкретних температур робиться фенологічний прогноз, визначається можливість акліматизації даного виду, необхідність і тривалість вирощування в закритому грунті (теплицях).

Температура також впливає і на перебіг інших фізіологічних процесів (кількість споживаної їжі, поведінку, плодючість і так далі). Температурний режим, пов'язаний з географічною широтою і іншими факторами, визначає межі розповсюдження видів.

Межі витривалості організмів. +70. + 90 o С виносять водорості гарячих джерел. Деякі бактерії здатні розвиватися в кратерах вулканів. Сухі насіння переносять температури, близькі до абсолютного нуля. Деякі деревні рослини можуть переносити температури -60. -70 o С. У полярних льодах є види водоростей, які існують в дуже вузьких температурних межах - близько 0 o С.

Тепло для рослин може виступати формотворчим фактором. Так, при нестачі тепла у високогірних видів виникає форма "подушки", всередині якої створюється більш теплий мікроклімат; у мешканців тундри виникають стелящиеся, або шпалерні, і карликові форми.

По відношенню до тепла виділяють наступні екологічні групи:

Еврітермние і стенотермні організми (див. Попередній урок)

Термофіли і кріофіли (теплолюбні і холодолюбиві)

За ступенем адаптації до умов дефіциту тепла розрізняють нехолодостойкіе (гинуть при температурі замерзання води через інактивації ферментів), неморозостійкі (гинуть, якщо в клітинах починають утворюватися кристалики льоду, тому основний адаптацією є нагромадження цукрів і інших речовин при зниженні температури), морозостійкі ( наприклад, переохолоджене стан холодноводних риб підтримується накопиченням в рідинах тіла так званих біологічних антифризів - глікопротеїдів, що знижують точку замерзання).

За ступенем адаптації до підвищених температур виділяють нежаростойкіе види (пошкоджуються при t = 30. 40 o C); жаровиносліие (виносять +50. +60 o С); жаростійкі (це, першза все, термофільні бактерії, деякі види синьо-зелених ворослей).

Розгляд фізіологічних механізмів адаптації до підвищених і знижених температур не входить в завдання нашого курсу. Однак, якщо будуть питання - пишіть, спробуємо приділити цьому питанню котрійсь із спецвипусків.

На сьогодні всі (випуск і так вийшов дуже об'ємним). Наступний урок буде присвячений розгляду середовищ життя.

морфофизиологических і поведінкових особливостей особини, популяції або виду, що забезпечує успіх у конкуренції з іншими видами (популяціями, особинами) і стійкість до впливу екологічних факторів.

перетворення зеленими рослинами і фотосинтезуючими мікроорганізмами (т.зв. бактеріальний Ф.) енергії Сонця в енергію хімічних зв'язків органічних сполук.

спрямоване переміщення організмів, окремих клітин і навіть їх органел під впливом односторонньо діючого фактора (наприклад, орієнтація хлоропластів в залежності від напрямку освітлення - фототаксис).

зміна спадкових властивостей організму

речовина або фізичний агент, який призводить до виникнення злоякісних (ракових) новоутворень.

СУМА АКТИВНИХ ТЕМПЕРАТУР

сума температур (що перевищують поріг розвитку), необхідних для завершення життєвого циклу.

температура (або значення іншого чинника), нижче якої розвиток даного виду не відбувається.

ЦИКЛ РОЗВИТКУ, ЦИКЛ ЖИТТЄВИЙ

сукупність всіх фаз індвідуально зростання і розвитку особини, в результаті якого вона досягає характерних величин, набуває характерні ознаки.

біологічно активні речовини, що виробляються тваринами; впливають на поведінку, а іноді ріст і розвиток особоей того ж виду. До Ф. відносять речовини, які залучають особин протилежної статі (атрактанти), речовини тривоги і т.д. Ф. - різновид хімічної сигналізації (комунікації) між організмами.