Введение

Основные абиотические факторы и их характеристика

Литература

Введение

Абиотические факторы среды - это компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Естественно, что эти факторы действуют одновременно и значит, что все живые организмы попадают под их влияние. Степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражается на жизнеспособности организмов, причем на разные их виды неодинаково. Надо отметить, что это очень сильно влияет на всю экосистему в целом, на ее устойчивость.

Факторы среды как по отдельности, так и в комплексе при воздействии на живые организмы заставляют их изменяться, адаптироваться к этим факторам. Эта способность носит название экологической валентности или пластичности. Пластичность, или экологическая валентность, каждого вида различна и по-разному сказывается на способности живых организмов выживать в условиях меняющихся факторов среды. Если к биотическим факторам организмы не только приспосабливаются, но и могут на них воздействовать, изменяя другие живые организмы, то с абиотическими факторами среды это невозможно: организм может к ним приспособиться, но не в состоянии оказать на них сколько-нибудь значимое обратное влияние.

Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т.п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло, так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света, ветра, влаги и пр. Совсем недавно было открыто влияние изменений солнечной активности на биосферные процессы.

1. Основные абиотические факторы и их характеристика

Среди абиотических факторов выделяют:

Климатические (влияние температуры, света и влажности);

Геологические (землетрясение, извержение вулканов, движение ледников, сход селей и лавин и др.);

Орографические (особенности рельефа местности, где обитают изучаемые организмы).

Рассмотрим действие основных прямодействующих абиотических факторов: света, температуры и наличия воды. Температура, свет и влажность являются наиболее важными факторами внешней среды. Эти факторы закономерно изменяются как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. К этим факторам организмы обнаруживают зональный и сезонный характер приспособления.

Свет как экологический фактор

Солнечное излучение является основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения можно выделить три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого, но они задерживаются озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300 - 0,400 мкм). Они составляют около 10% лучистой энергии. Эти лучи обладают высокой химической активностью - при большой дозе могут повреждать живые организмы. В небольших количествах, однако, они необходимы, например, человеку: под влиянием этих лучей в организме человека образуется витамин Д, а насекомые зрительно различают эти лучи, т.е. видят в ультрафиолетовом свете. Они могут ориентироваться по поляризованному свету.

Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм (на их долю приходится большая часть энергии - 45% - солнечного излучения), достигающие поверхности Земли, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения за счет этого излучения синтезируют органическое вещество (осуществляют фотосинтез), которое используют в пищу все остальные организмы. Для большинства растений и животных видимый свет является одним из важных факторов среды, хотя есть и такие, для которых свет не является обязательным условием существования (почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособления к жизни в темноте). Большинство животных способны различать спектральный состав света - обладать цветовым зрением, а у растений цветки имеют яркую окраску для привлечения насекомых-опылителей.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм глаз человека не воспринимает, но они являются источником тепловой энергии (45% лучистой энергии). Эти лучи поглощаются тканями животных и растений, вследствие чего ткани нагреваются. Многие хладнокровные животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения температуры тела (некоторые змеи и ящерицы являются экологически теплокровными животными). Световые условия, связанные с вращением Земли, имеют отчетливую суточную и сезонную периодичность. Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом и минимумом в определенные часы: например, в определенные часы суток цветок у растений открывается и закрывается, а у животных возникли приспособления к ночной и дневной жизни. Длина дня (или фотопериод), имеет огромное значение в жизни растений и животных.

Растения, в зависимости от условий обитания, адаптируются к тени - теневыносливые растения или, напротив, к солнцу - светолюбивые растения (к примеру, хлебные злаки). Однако сильное яркое солнце (яркость выше оптимальной) подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получить высокий урожай культур, богатый белком. В умеренных зонах (выше и ниже экватора) цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года: подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала - изменения длины дня, которая в определенное время года в данном месте всегда одинакова. В результате этого сигнала включаются физиологические процессы, приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношения летом и сбрасывания листьев осенью; у животных - к линьке, накоплению жира, миграции, размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых. Изменение длины дня животные воспринимают с помощью органов зрения. А растения - с помощью специальных пигментов, расположенных в листьях растений. Раздражения воспринимаются с помощью рецепторов, вследствие чего происходит ряд биохимических реакций (активация ферментов или выделение гормонов), а затем проявляются физиологические или поведенческие реакции.

Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана не просто на количестве получаемого света, а на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Организмы способны измерять время, т.е. обладают биологическими часами - от одноклеточных до человека. Биологические часы - также управляются сезонными циклами и другими биологическими явлениями. Биологические часы определяют суточный ритм активности как целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.

Температура как экологический фактор

Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела - гомойтермные. Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90 оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53 оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 oС.

Пойкилотермные организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главным источником поступления тепловой энергии у пойкилотермных животных - внешнее тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.

У ряда холоднокровных животных температура тела может меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).

Пойкилотермные животные способны приспосабливаться и к высоким температурам. Это происходит также разными способами: теплоотдача может происходить за счет испарения влаги с поверхности тела или со слизистой верхних дыхательных путей, а также за счет подкожной сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови по сосудам кожи увеличивается при повышении температуры).

Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря наличию четырехкамерного сердца и одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40 oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.

Приспособление теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно меняется в течение года и в связи с географической широтой. Поэтому все приспособления более важны для обитания при отрицательных температурах.

Вода как экологический фактор

Вода играет исключительную роль в жизни любого организма, поскольку она является структурным компонентом клетки (на долю воды приходится 60-80% массы клетки). Значение воды в жизни клетки определяется ее физико-химическими свойствами. Вследствие полярности молекула воды способна притягиваться к любым другим молекулам, образуя гидраты, т.е. является растворителем. Многие химические реакции могут протекать происходить только в присутствии воды. Вода является в живых системах тепловым буфером, поглощая тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное, тем самым предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения при кратковременном освобождении тепловой энергии. В связи с этим она производит охлаждающий эффект при испарении с поверхности и регулирует температуру тела. Теплопроводные свойства воды определяют ее ведущую роль терморегулятора климата в природе. Вода медленно нагревается и медленно охлаждается: летом и днем вода морей океанов и озер нагревается, а ночью и зимой также медленно охлаждается. Между водой и воздухом происходит постоянный обмен углекислым газом. Кроме того, вода выполняет транспортную функцию, перемещая вещества почвы сверху вниз и обратно. Роль влажности для наземных организмов обусловлена тем, что осадки распределяются на земной поверхности в течение года неравномерно. В засушливых районах (степи, пустыни) растения добывают себе воду с помощью сильно развитой корневой системы, иногда очень длинных корней (у верблюжьей колючки - до 16 м), достигающих влажного слоя. Высокое осмотическое давление клеточного сока (до 60-80 атм), увеличивающее сосущую силу корней, способствует удержанию воды в тканях. В сухую погоду растения снижают испарение воды: у пустынных растений утолщаются покровные ткани листа, либо на поверхности листьев развивается восковой слой или густое опушение. Ряд растений достигает снижения влаги уменьшением листовой пластинки (листья превращаются в колючки, часто растения полностью теряют листья - саксаул, тамариск и др.).

В зависимости от требований, предъявляемых к водному режиму, среди растений различают следующие экологические группы:

Гидратофиты - растения постоянно живущие в воде;

Гидрофиты - растения лишь частично погружаемые в воду;

Гелофиты - болотные растения;

Гигрофиты - наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах;

Мезофиты - предпочитают умеренное увлажнение;

Ксерофиты - растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги; среди ксерофитов различают:

Суккуленты - накапливающие воду в тканях своего тела (сочные);

Склерофиты - теряющие значительное количество воды.

Многие животные пустынь способны обходиться без питьевой воды; некоторые быстро и долго могут бегать, совершая длинные миграции на водопой (сайгаки, антилопы, верблюды и др.); часть животных добывает воду из пищи (насекомые, пресмыкающиеся, грызуны). Жировые отложения пустынных животных могут служить своеобразным резервом воды в организме: при окислении жиров образуется вода (отложения жира в горбе верблюдов или подкожные отложения жира у грызунов). Малопроницаемые покровы кожи (например, у пресмыкающихся) защищают животных от потери влаги. Многие животные перешли к ночному образу жизни или скрываются в норах, избегая иссушающего действия низкой влажности и перегрева. В условиях периодической сухости ряд растений и животных переходят в состояние физиологического покоя - растения приостанавливают рост и сбрасывают листья, животные впадают в спячку. Эти процессы сопровождаются пониженным обменом веществ в период сухости.

абиотический природа биосферный солнечный

Литература

1. http://burenina.narod.ru/3-2.htm

Http://ru-ecology.info/term/76524/

Http://www.ecology-education.ru/index.php?action=full&id=257

Http://bibliofond.ru/view.aspx?id=484744

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Абиотические факторы. Температура

Абиотические факторы — все компоненты и явления неживой природы.

Температура относится к климатическим абиотическим факторам среды. Большинство организмов приспособлены к довольно узкому диапазону температур, так как активность клеточных ферментов лежит в пределах от 10 до 40 °С, при низких температурах реакции идут замедленно.

Различают животные организмы:

• с постоянной температурой тела (теплокровные , или гомойотермные );
• с непостоянной температурой тела (холоднокровные , или пойкилотермные ).

У растений и животных существуют специальные приспос обления, позволяющие адаптироваться к колебаниям температуры.

Организмы, температура тела которых меняется в зависимости от температуры окружающей среды (растения, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся), имеют различные приспособления для поддержания жизнедеятельности. Такие животные называются холоднокровными , или пойкилотермными . Отсутствие механизма терморегуляции обусловлено слабым развитием нервной системы, низким уровнем обмена веществ и отсутствием замкнутой системы кровообращения.

Температура тела пойкилотермных животных всего на 1—2 °С выше температуры среды или равна ей, однако она может увеличиваться в результате поглощения солнечного тепла (змеи, ящерицы) или мышечной работы (летающие насекомые, быстро плавающие рыбы). Резкие колебания температуры среды могут привести к гибели.

С наступлением зимы растения и животные погружаются в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко падает. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию.

Виды с непостоянной температурой тела при понижении температуры способны переходить в неактивное состояние. Замедление обмена веществ в клетках сильно увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным погодным условиям. Переход животных в состояние оцепенения, как и переход растений в состояние покоя, позволяет им переносить зимние холода с наименьшими потерями, не тратя много энергии.

Для защиты организмов от перегрева в жаркое время года включаются специальные физиологические механизмы: у растений усиливается испарение влаги через устьица, у животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.

У пойкилотермных организмов внутренняя температура тела следует за изменениями температуры среды. Скорость обмена веществ у них то возрастает, то понижается. Таких видов - большинство на Земле.

Организмы с постоянной температурой тела называются теплокровными , или гомойотермными . К ним относятся птицы и млекопитающие.

Температура тела таких животных устойчива, она не зависит от температуры среды, благодаря наличию механизмов терморегуляции. Постоянство температуры тела обеспечивается регуляцией теплопродукции и теплоотдачи.

При угрозе перегревания организма происходит расширение кожных сосудов, увеличиваются потоотделение и теплоотдача. При угрозе охлаждения кожные сосуды сужаются, шерсть или перья поднимаются — теплоотдача ограничивается.

При значительных перепадах внешней температуры и резких изменениях теплопродукции температура внутренних органов у теплокровных животных может отклоняться от обычных значений от 0,2—0,3 до 1—3 °С.

Потоотделение свойственно только человеку, обезьянам и непарнокопытным. У других гомойотермных животных наиболее эффективный механизм теплоотдачи — тепловая одышка. Способность к повышению теплопродукции наиболее выражена у птиц, грызунов и некоторых других животных.

Гомойотермные способны поддерживать постоянную температуру тела при любых условиях среды. Их обмен веществ всегда идет с высокой скоростью, даже если наружная температура постоянно меняется. Например, белые медведи в Арктике или пингвины в Антарктиде выдерживают 50-градусные морозы, что составляет разницу в 87-90° по сравнению с их собственной температурой.

Приспособления организмов к разным температурным режимам. Как теплокровные, так и холоднокровные животные в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главный источник поступления тепловой энергии у организмов с непостоянной температурой тела — внешнее тепло.

Перезимовавшим змеям требуется две-три недели, чтобы довести обмен веществ до достаточной интенсивности. Обычно змеи выползают и греются на солнце неоднократно в течение всего дня, а на ночь возвращаются в норы.

С наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях запасается много жиров и углеводов.

Осенью растения сокращают расход веществ, запасая сахара и крахмал. Их рост прекращается, резко замедляется интенсивность всех физиологических процессов, опадают листья. В первые морозы растения теряют значительное количество воды, становясь устойчивыми к морозу и переходя в состояние глубокого покоя.

В жаркое время года включаются механизмы защиты от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, а у животных — через дыхательную систему и кожные покровы.

Если растения достаточно обеспечены водой, устьица открыты днём и ночью. Однако у многих растений устьица открыты только днём на свету, а ночью закрываются. В сухую жаркую погоду устьица растений закрываются даже днём, и выделение водяного пара из листьев в воздух прекращается. Когда наступают благоприятные условия, устьица раскрываются и нормальная жизнедеятельность растений восстанавливается.

Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у животных с постоянной температурой тела. Регуляция теплоотдачи кожными сосудами, хорошо развитая высшая нервная деятельность позволили птицам и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить практически все места обитания.

Полное разделение крови на венозную и артериальную, интенсивный обмен веществ, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла.

Большое значение для теплокровных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнёзд.

Абиотические факторы среды (факторы неживой природы) – это комплекс условий внешней среды, оказывающих прямое или косвенное влияние на растения . Существуют также биотические факторы, действие которых обусловлено влиянием на растения деятельности других живых организмов (грибов , животных, других растений). К абиотическим относятся химические и физические (или климатические) факторы. Химическими абиотическими факторами являются газовые составляющие атмосферного воздуха, химический состав водоемов, почв. Основные физические факторы – это температура, влажность, интенсивность солнечного излучения. В отдельную группу в некоторых классификациях выделяют такие абиотические факторы, как орографические, включающие рельеф, геологические различия земной поверхности. Влияние на организм абиотических факторов разнообразно и зависит от интенсивности воздействия каждого отдельно взятого фактора и сочетания их между собой. Численность и распределение определенного вида растений в пределах данной территории обусловлены воздействием лимитирующих абиотических факторов, которые жизненно необходимы, но значения их минимальны (как отсутствие воды в пустынных местностях).

Наиболее существенно для растений влияние трех абиотических факторов – температуры, влажности и света. Рассмотрим температуру как абиотический фактор. Известно, что большинство растений приспособлены к жизни в узком температурном диапазоне. В водной среде колебания температур обычно менее выражены в сравнении с сушей, поэтому водные организмы более чувствительны к изменению этого фактора. От значения температуры внешней среды зависит интенсивность обмена веществ растения. Повышение температуры до определенного уровня ускоряет, а понижение – тормозит процессы жизнедеятельности растительного организма. Чрезмерно высокие температуры неблагоприятно влияют на растения и могут повлечь их гибель. Каждый вид растения приспособлен к существованию в определенной климатической зоне. На нашей планете есть виды, способные выдерживать длительные морозы более -50 градусов, как лиственница даурская, в то время как для многих растений в тропиках гибельно даже кратковременное понижение температуры до +4 градусов. Возможности растений регулировать температуру тела, по сравнению с теплокровными животными, ограничены. Испаряя воду в большом количестве, растения способны понижать температуру поверхности листьев до 6 градусов относительно этого показателя внешней среды. Те растения, которые могут выдерживать длительные периоды низких температур, называются холодостойкими (овес, ячмень, лен), а те, которые нуждаются в относительно высоких температурах, - теплолюбивыми (арбуз, персик, кукурузы, дыня). Для многих видов растений благоприятны перепады более низких ночных температур и более высоких дневных, так как это оказывает стимулирующее воздействие на их рост.

Влажность в некоторых местах обитания является ограничивающим абиотическим фактором для живых организмов и определяет состав флоры и фауны данной местности, например, в пустыне. Растение поглощает питательные вещества, в основном, в растворенном состоянии. Также вода необходима для осуществления других жизненных процессов растений, а для множества организмов еще и является средой обитания. По потребности в воде различают разные экологические группы растений. К водной растительности относятся растения, которые вне водной среды жить не могут (элодея, ряска). Околоводные (наземно-водные) растения произрастают вдоль побережья водоемов и могут быть частично погруженными в воду во влажных лесах, болотах (кукушкин лен, тростник, сфагнум). Эти растения существуют только при условии высокой увлажненности почвы, и даже при кратковременной нехватке воды эти растении вянут и могут погибнуть. Наземные растения произрастают на суше и могут быть засухоустойчивыми (кактус, ковыль, верблюжья колючка) или способными выдерживать недлительную засуху, произрастающими в условиях умеренной влажности (береза, рожь, дуб). Засухоустойчивые растения имеют приспособления для жизни в засушливых местах, такие как видоизмененные листья, хорошо развитая корневая система. К примеру, сочные растения-суккуленты накапливают воду в тканях своего организма, к примеру, кактусы.

Свет как абиотический фактор необходим для всех живых организмов. Для растений имеет большое значение длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность (длина светового дня) и интенсивность (освещенность). Так, у высших растений из-за укорочения светового дня и уменьшения интенсивности освещения происходит такое сезонное явление, как листопад. Потребность в освещенности у различных растений разная. Светолюбивые растения произрастают на открытых, хорошо освещенных местах (тюльпан, сосна, ковыль). Тенелюбивые растения можно увидеть на затененных участках (ель, плаун булавовидный). Эта группа растений приспособлена к существованию в условиях недостаточного поступления света. Такие растения улавливают рассеянный свет темно-зелеными обогащенными хлорофиллом листьями. Теневыносливые растения могут обитать как в условиях хорошего освещения, так и в затененных местах (липа, сирень).

Таким образом, на растения влияет комплекс абиотических факторов оружающей среды, наибольшее значение из которых имеют температура, увлажненность и свет. В зависимости от степени воздействия этих факторов растения делятся на группы, и у них появляются приспособленности к жизни под влиянием совокупности данных факторов.

Абиотическиефакторы - это совокупность важных для организмов свойств неживой природы.

Основными являются:

1. климатические (свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, долгота дня, радиационный режим и т.д.);

2. эдафические (почвенно – грунтовые: механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость и т.д.);

3. орографические (рельеф);

4. гидрологические .

¨ Климатические факторы.

● Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Солнце излучает огромное количество энергии. Он является лимитирующим фактором для живых организмов – это источник энергии, без которого невозможна жизнь.

Лучистая энергия Солнца - определяется длиной волны. Различают: инфракрасный свет (7900 Ангстрем); видимый свет (7900-3900 А); ультрафиолетовый (3900А, поглощаемый озоновым слоем).

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных.

Фотосинтез. В среднем 1-5 % падающего на растения света используется для фотосинтеза по реакции:

хлорофилл

СО 2 + Н 2 О глюкоза + О 2

пластициды

В результате фотосинтеза в биосфере накапливается органическое вещество, в котором аккумулируется энергия, и кислород, который необходим для дыхания всех живых организмов. Энергия передается по пищевой цепи животным и микроорганизмам. Интенсивность фотосинтеза зависит от длины волны света.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений:

- световые (гелиофиты ) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью, они образуют разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга;

- теневые (сциофиты ) не выносят сильного освещения, живут в постоянной тени под пологом леса (лесные травы), при резком осветлении проявляют признаки угнетения и часто погибают;

- теневыносливые (гемеосциты) – живут при хорошем освещении, но легко переносят и некоторое затенение (растения лесов).

Равномерное чередование во времени каких – либо состояний организма называется биологическим ритмом.

Различают внешние (экзогенные) , имеющие географическую природу и следующие за циклическими изменениями во внешней среде, и внутренние (эндогенные), или физиологические, ритмы организма.

Фотопериодизм - ритмические изменения морфологических, биохимических и физических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности освещения.

По типу фотопериодической реакции выделяют основные группы растений:

1. растения короткого дня – зацветание и плодоношение наступает при 8-12 часовом освещении;

2. растения длинного дня - для цветения им нужна продолжительность дня 12 и более часов;

3. нейтральные к длине дня - длина фотопериодизма безразлична.

Животные делятся на две группы: дневные и ночные.

● Одним из наиболее важных факторов, определяющих существование, развитие и распространение организмов по земному шару, является температура. Тепловой режим - важнейшее условие существования живых организмов. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер воздействия солнечного излучения зависят от географического положения и определяют климат региона, температурный диапазон активной жизни на Земле.

По отношению к температуре все организмы подразделяются на: холодолюбивые и теплолюбивые .

Холодолюбивые (криофилы) – способны жить в условиях сравнительно низких температур и не выносят высоких. Они сохраняют активность при температуре клеток до - 8… - 10 0 С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии. К ним относятся бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви и др.

Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом.

У теплолюбивых (термофилов) жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 0 С, хотя физического замораживания их тканей не происходит.

Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности и роста, называется оптимальной.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к изменению температуры.

У животных наблюдаются следующие основные типы теплообмена.

Первый тип характерен для животных с неустойчивым уровнем обмена веществ, непостоянной температурой тела и почти полным отсутствием механизмов терморегуляции. Животных называют пойкилотермные или холоднокровные (эктотермные) - (беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии).

Второй - свойственен животным с более высоким и устойчивым уровнем обмена веществ, в процессе которого осуществляется терморегуляция и обеспечивается относительно постоянная температура тела. Животных называют - теплокровные или гомойотермные (эндотермные) – (птицы и млекопитающие). Терморегуляция бывает: химическая, физическая, экологическая.

Третий - свойственен животным с различной степенью устойчивости температуры тела и ее регуляции в отдельные периоды жизни (зимоспящие и впадающие в глубокий сон) – гетеротермные (промежуточные).

Растения по отношению к теплу подразделяются на:

1. термофилы или теплолюбивые (выдерживают температуру до 50 0 С и весьма чувствительны к холоду);

2. мезофилы (умеренные);

3. криофилы или холодостойкие, устойчивые к низким температурам.

Для развития растений важно понятие порог вегетации – самая низкая температура, при которой начинается вегетация (для большинства культур: + 10 0 С; холодостойких: + 5 0 С; теплолюбивых: + 15 0 С).

Температура влияет и на ход корневого питания у растений: этот процесс возможен лишь при условии, когда температура почвы на всасывающих участках на несколько градусов ниже температуры наземной части растения. Нарушение этого равновесия влечет за собой угнетение жизнедеятельности растения, и даже его гибель.

Известны морфологические приспособления растений к низким температурам, - жизненные формы растений , которые можно выделить по положению почек возобновления растительных видов по отношению к поверхности почвы и к защите, которую они получают от снежного покрова, лесной подстилки, слоя почвы и т.п.

Жизненные формы растений (по Раункиеру):

Ø эпифиты – растут на других растениях и не имеют корней в почве;

Ø фанерофиты – почки возобновления остаются высоко над поверхностью почвы;

Ø хамефиты - почки возобновления у поверхности почвы или не выше 20-30 см;

Ø гемикриптофиты - почки возобновления у поверхности почвы, или в самом поверхностном слое, часто покрытом подстилкой;

Ø криптофиты – почки возобновления скрыты в почве или под водой; они теряют всю видимую растительную массу и прячут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве;

Ø терофиты – однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь семена или споры.

● В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Без воды нет жизни. Влажность среды является фактором, лимитирующим распространение и численность организмов на Земле.

Показателями являются: абсолютная влажность (кг/м 3); удельная (г/кг); относительная (%); дефицит влажности и т.д.

Влажность формируется под влиянием атмосферных осадков, физического испарения, транспирации растений, парообразного переноса, температуры, движения воздушных масс.

На осадки влияют: радиация, температура, скорость ветра, растительность, почвы.

Важное значение имеет водный обмен организмов с окружающей средой.

В зависимости от местообитания среди наземных растений различают следующие экологические группы:

1. гидрофиты – растения, погруженные в воду полностью или частично, почки находятся в воде

2. гигрофиты - растения, обитающие во влажных местах, не переносящие водного дефицита и обладающие невысокой засухоустойчивостью (тропические растения, живущие при высокой температуре и влажности воздуха).

3. мезофиты - это растения умеренно влажных местообитаний (луговые травы, лиственные деревья, сельскохозяйственные культуры).

4. ксерофиты - это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги - почвенную и атмосферную засуху (растения пустынь, сухих степей, сухих субтропиков).

Ксерофиты подразделяются на:

Ø суккуленты - обладают способностью накапливать в своих тканях большое количество воды (кактусы, алоэ);

Ø склерофиты - не накапливают в себе влагу, а испаряют ее в большом количестве, постоянно доставая из глубоких слоев почвы (саксаулы, верблюжья колючка, полынь, ковыль).

Ветер – возникает из-за неодинакового нагрева земной поверхности, связанного с перепадами давления. Движение воздушных масс направлено от большего к меньшему давлению. В экосистеме важнейший фактор циркуляции воздуха – горизонтальное перемещение воздушных масс на ее верхней границе.

В приземном слое ветер влияет на температуру, влажность, испарение, транспирацию растений.

¨ Эдафические факторы (почвенно- грунтовые). Они воздействуют не только на живые организмы, но и служат для многих из них средой обитания. Эти факторы связаны с функционированием почвенного покрова, который сформировался под влиянием комплекса экологических факторов (климат, рельеф, жизнедеятельность организмов, возраст, породы…).

Важнейшим свойством почвы является плодородие , которое определяется содержанием гумуса, макро- и микроэлементов, таких как азот, фосфор, кальций, калий, магний, сера, железо, медь и др.

Мощность почв и их горизонтов – говорит о запасах питательных элементов, их аккумуляции или вымывании, определяют агрономическую ценность почвы.

Механический состав – к нему адаптируется животный мир.

Температура – влияет на продуктивность растений. Почвы обладают слабой теплопроводностью и температурный режим довольно стабильный.

Влажность – необходима для фотосинтеза. В воде растворяются питательные вещества, поступающие с почвенным раствором в растения.

Реакция почв – варьирует от содержания в растворе водородных ионов и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

Живые организмы приспосабливаются к определенным значениям рН и являются индикаторами.

Растения неодинаково относятся к кислотности почвы.

Растения, предпочитающие кислые почвы с небольшим значением рН =3,5-4,5, называют ацидофилами , растения щелочных почв с рН= 7,0-7,5 – базифилами ; растения почв с нейтральной реакцией - нейтрофилами .

Химический состав – определяет потенциальное плодородие почв и зависит от минералогического состава почвообразующих пород.

Различают растения: 1. распространенные на плодородных почвах - эутрофные, или эвтрофные ; 2. довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ - олиготрофные ; 3. мезотрофные - промежуточная группа.

Растения, особенно требовательные к повышенному содержанию азота в почве, называются нитрофилами . Растения, избегающие почв с большим содержанием извести, называются кальциефобами , а растения карбонатных почв – кальциефилами .

Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим пескам псаммофиты .

Засоление почв – отрицательно влияет на растительность. Наиболее токсичны – хорошо растворимые соли (Na 2 CO 3 , NaCl, NaSO 4 , MgCl 2 , CaCl 2) - они легко проникают в цитоплазму. Трудно растворимые – менее токсичны (CaSO 4 , MgSO 4 , CaCO 3).

Воздушный режим – необходим для протекания жизненных процессов в организмах. При свободном доступе кислорода развиваются аэробные бактерии, при малом количестве – анаэробные.

¨ Орографический фактор играет важную роль в распределении осадков на различных элементах рельефа.

На ровных территориях водоразделов формируются зональные типы почв; в понижениях (больше увлажнения) – гидроморфные ; на повышениях и склонах возникает водная эрозия.

Экспозиция склонов влияет на тепловой режим почв. От распределения влаги и тепла развиваются определенные виды экосистем.

Вспомните!

Что такое среда обитания?

Какие факторы относят к факторам неживой природы?

В процессе исторического развития организмы приспосабливаются к определенному комплексу абиотических факторов, которые становятся обязательными условиями их существования. При этом в процессе жизнедеятельности организмы сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. В ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, животные-фильтраторы очищают воду, зеленые насаждения препятствуют эрозии почвы, а растения из семейства бобовых обогащают почву азотом – подобных примеров можно приводить множество.

Рассмотрим влияние основных абиотических факторов на живые организмы.

Температура. Температура – один из важнейших абиотических факторов, который действует всегда и везде. Именно температура обусловливает скорость биохимических реакций и влияет на большинство физических процессов.

Хотя оптимальный температурный режим для большинства видов находится в пределах от 15 до 30 °С, существуют организмы, которые способны выдерживать очень высокие или низкие температуры. Например, некоторые бактерии и водоросли обитают в горячих источниках при температуре 85–87 °С. Хорошо выдерживают перепады температуры покоящиеся стадии развития организмов – цисты, куколки насекомых, споры бактерий, семена растений.

Все беспозвоночные и большинство позвоночных животных являются холоднокровными организмами, которые не способны поддерживать постоянную температуру своего тела. Их температура зависит от теплового режима окружающей среды. Поэтому в холодное время года активность таких животных сильно снижается. Птицы и млекопитающие – теплокровные животные, они имеют практически постоянную температуру тела, не зависящую от температуры окружающей среды. Поддержание высокой температуры тела у теплокровных организмов обеспечивается высоким уровнем обмена веществ , совершенной терморегуляцией и хорошей теплоизоляцией.

Так как температура подвержена суточным и сезонным колебаниям, организмы вынуждены приспосабливаться к подобным изменениям. В холодное время года у млекопитающих развивается более густой и длинный мех, в подкожной жировой клетчатке активно накапливается жир, который обеспечивает теплоизоляцию, у птиц зимой увеличивается масса перьев. У некоторых животных выработались поведенческие адаптации к сезонному снижению температуры: миграции, перелеты, рытье нор и поиск убежищ. В пустынях, где днем температура почвы может достигать 60–70 °С, животные зарываются в песок или прячутся в норы. У растений в жаркое время года усиливается испарение с поверхности листьев.

Влажность. Вода необходима для жизни всем живым организмам. Причем, если для наземных животных и растений особенно опасна потеря влаги, то для организмов, обитающих в воде, наоборот, избыток воды в организме может нарушить солевой баланс. Поэтому у водных организмов возникают различные приспособления для выведения лишней воды, например сократительные вакуоли у инфузории туфельки.

Для наземных живых организмов влажность – это один из важнейших факторов, который определяет их распространение. В течение жизни вода неизбежно теряется организмом, поэтому ее запасы надо постоянно пополнять. В зависимости от экологических условий у организмов выработались разнообразные приспособления для снабжения себя водой и экономии влаги. У таких засухоустойчивых растений, как верблюжья колючка, саксаул, пустынная полынь очень глубокая корневая система (рис. 153). Другие растения пустынь и полупустынь имеют узкие жесткие листья, покрытые восковым налетом, что значительно снижает потери воды при испарении. Некоторые растения – суккуленты (кактусы, молочаи) обладают сильно развитой водозапасающей тканью, а их листья превращены в колючки или чешуйки (рис. 154). Интересны адаптации некоторых степных растений, которые успевают за короткий влажный весенний период вырасти и отцвести. Засушливое время года они переживают в виде семян, луковиц, клубней.

Рис. 153. Корневая система верблюжьей колючки

Животные, обитающие в условиях пониженной влажности, тоже имеют определенные приспособления. Многие из них никогда не пьют и используют только ту жидкость, которая находится в пище. Препятствует испарению влаги плотный хитиновый покров наземных членистоногих. В процессе эволюции, перейдя к наземному существованию, полностью утратили кожные железы пресмыкающиеся. Ряд животных (насекомые, верблюды, сурки) используют для жизнедеятельности метаболическую воду, которая образуется при расщеплении жира. У паукообразных в ходе приспособления к экономии влаги изменился обмен веществ – выделяются обезвоженные продукты метаболизма (почти сухие кристаллы мочевой кислоты).

Рис. 154. Кактусы – растения, обладающие сильно развитой водозапасающей тканью

Большое значение для животных засушливых областей имеют приспособительные особенности поведения – поиск укрытий, ночной образ жизни. При большой сухости воздуха многие пустынные животные прячутся в норы и плотно закрывают в них вход. Воздух в замкнутом помещении быстро насыщается водяными парами, что препятствует дальнейшей потере влаги организмом. В период засухи многие грызуны, черепахи, змеи, некоторые насекомые впадают в спячку.

Свет. Основной источник энергии для живых организмов – это солнечный свет. Его биологическое влияние зависит от интенсивности, продолжительности действия, спектрального состава, суточной и сезонной периодичности.

Ультрафиолетовая часть спектра способствует образованию у животных витамина D. Эти лучи воспринимают органы зрения насекомых, а у растений ультрафиолет обеспечивает синтез пигментов и витаминов. Видимая часть спектра наиболее значима для организмов. Благодаря освещенности животные ориентируются в пространстве, а у растений осуществляется фотосинтез. Инфракрасные лучи – источник тепловой энергии, который очень важен для холоднокровных организмов.

В зависимости от требований к условиям освещенности растения подразделяют на светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Светолюбивые растения – это обитатели открытых местностей, они плохо переносят даже незначительное затенение (например, растения степей, белая акация). При рассеянном свете в затененных местах растет большинство папоротников и мхов, а рекордсменом по теневыносливости являются морские зеленые водоросли.

Важным фактором в жизни растений и животных является продолжительность светового дня и смена сезонов года. Изменение длины светового дня для многих организмов служит сигналом для изменения физиологической активности. Это явление называют фотопериодизмом. В процессе эволюции у животных и растений выработались определенные биологические ритмы – суточные и сезонные. От длины дня зависят сроки цветения и созревания плодов у растений, миграция птиц, смена шерстного покрова у млекопитающих, начало брачного сезона, подготовка к зимней спячке и т. д. Существенно отличается образ жизни ночных и дневных животных. У растений в определенные часы открываются и закрываются цветки.

Ритмический характер имеют многие биохимические и физиологические процессы в организме человека. Известно более ста различных параметров, которые изменяются с ритмом в 24 часа (температура тела, артериальное давление, выделение гормонов и др.). Исследование биоритмов человека очень важно для организации оптимального режима труда и отдыха, разработки мер профилактики и лечения различных заболеваний.

Распространение тех или иных видов определяют не только свет, влажность и температура, но и другие абиотические параметры среды. Например, в прибрежной полосе океана могут обитать только определенные виды растений, выдерживающие повышенную засоленность почвы, а ветер влияет на расселение и миграцию пауков и летающих насекомых.

Вопросы для повторения и задания

1. Какие приспособления к изменениям температуры окружающей среды существуют у растений и животных?

2. Расскажите о приспособлениях живых организмов к недостатку воды.

3. Благодаря какой части спектра солнечного излучения у растений осуществляется фотосинтез?

4. Расскажите, что вам известно о биологических ритмах живых организмов.

<<< Назад

Вперед >>>