ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ

 

   Жизнь каждого организма протекает  в сообществе с особями своего вида и с другими видами. Благополучие существ неразрывно связано и  с природными условиями. К одной  среде организмы в состоянии  приспособиться, другая для их существования оказывается невозможной. Окружающая нас жизнь — это упорядоченная и устойчивая система взаимоотношений, соответствующая плану Творца о создаваемом мире, претерпевшему ряд перемен по причине грехопадения человека, совокупность организмов, чутко реагирующих на внешние условия изменениями в популяциях.

    В своей работе я хочу рассказать о закономерностях жизнедеятельности различных сообществ живых существ в разнообразных условиях внешней среды, о факторах, определяющих устойчивость, развитие и смену биологических систем. 

1. ОСНОВНЫЕ  АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ    ВНЕШНЕЙ   СРЕДЫ

    Абиотические  факторы обусловлены свойствами неорганического окружения. Сюда относятся  компоненты климата: свет, температура, влажность, давление, подводные течения и ветра, долгота дня, смена времен года; химический состав воздуха, воды и почвы, наличие в почве питательных веществ, ее водопроницаемость и влагоемкость; радиационный фон.

1.1  СВЕТ

 

   Свет  в форме солнечной радиации обеспечивает все жизненные процессы на Земле. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия (длина дня, или фотопериод). Ультрафиолетовые лучи с длиной волны более 0,3 мкм составляют примерно 40% лучистой энергии, достигающей земной поверхности. В небольших дозах они необходимы животным и человеку. Под их воздействием в организме образуется витамин D. Насекомые зрительно различают ультрафиолетовые лучи и пользуются этим для ориентации на местности в облачную погоду. Наибольшее влияние на организм оказывает видимый свет с длиной волны 0,4-0,75 мкм. Энергия видимого света составляет около 45% общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Видимый свет менее всего ослабляется при прохождении через плотные облака и воду. Поэтому фотосинтез может идти и при пасмурной погоде, и под слоем воды определенной толщины. Но все же на синтез биомассы расходуется лишь от 0,1 до 1% приходящей солнечной  энергии.

   В зависимости от условий обитания растения адаптируются к тени - теневыносливые растения или, напротив, к яркому солнцу - светолюбивые растения. К последней группе относятся хлебные злаки.

   Чрезвычайно важную роль в регуляции активности живых организмов и их развития играет продолжительность воздействия  света - фотопериод. В умеренных зонах, выше и ниже экватора, цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года и подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала длины дня, которая в отличие от других сезонных факторов в определенное время года в данном месте всегда одинакова. Фотопериод представляет собой как бы пусковой механизм, последовательно включающий физиологические процессы, приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношению летом и сбрасыванию ими листьев осенью, а также к линьке и накоплению жира, миграции и размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых.

   Кроме сезонных изменений смена дня  и ночи определяет суточный ритм активности как целых организмов, так и  физиологических процессов. Способность  организмов ощущать время, наличие у них "биологических часов"- важное приспособление, обеспечивающее выживание особи в данных условиях среды.  Инфракрасное излучение составляет 45% от общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Инфракрасные лучи повышают температуру тканей растений и животных, хорошо поглощаются объектами неживой природы, в том числе  водой.

  Для продуктивности растений, т.е. образования  органического вещества, наиболее важен  такой показатель, как суммарное  прямое солнечное излучение, получаемое за длительные промежутки времени (месяцы, год). В условиях быстрого роста населения особое значение приобретает селекционная работа по выведению наиболее продуктивных сортов культурных растений и охрана окружающей среды от вредных последствий производственной деятельности человека.

  Сигнальная роль света проявляется как у растений, так и у животных. Это связано с тем, что смена дня и ночи, изменения длины светового дня в разные сезоны года  в средних и высоких широтах — наиболее устойчивые характеристики динамики свойств среды обитания. Поэтому эволюционные преимущества получали те группы организмов, у которых процессы, связанные» например, со сменой времен года, оказались ориентированы именно на этот, самый надежный фактор внешней среды.

  Действительно, если бы, например, у птиц средней полосы гормональные системы, регулирующие развитие половы к желез и физиологическую подготовку к размножению, включались только при повышении температуры и появлении обилия насекомых, то ко времени вылупления  птенцов уменьшившееся количество насекомых не могло бы обеспечить их выкармливание.

  То  же касается таких сезонных явлений  в жизни большинства животных, как линька, весенние и осенние миграции, в том числе перелеты птиц, накопление жира к сезону бескормицы и т. п.

  Поэтому зимующие вне мест гнездования птицы  прилетают к местам гнездовий  из года в год, почти независимо от температурных условий каждого  года, в одно и то же время с  точностью до нескольких дней; линька у млекопитающих наступает ежегодно в одно и то же время. Резкие отклонения погодных условий от среднемноголетних, конечно, приводят к повышению смертности, например побелевших зайцев, в годы, когда устойчивый снежный покров ложится необычно поздно.

  Вместе  с тем очевидно, что процессы, требующие длительной физиологической и биохимической подготовки, для увеличения шансов вида на выживание должны завершаться к моменту возникновения оптимальных условий с максимальной вероятностью, что и  обеспечивается привязкой запуска этих процессов к предельно устойчивому по своей динамике фактору среды — длительности светового дня, изменяющейся даже не столько в геологическом, сколько в астрономическом времени, сравнимом со временами эволюции звезд.

  Хорошо  известно явление фотопериодизма и у растений. Цветение и формирование плодов, подготовка к сбрасыванию листвы к зиме, смена циклов развития у растений средних и высоких широт регулируются также длиной светового дня. В тропической и субтропической зонах, где длина дня почти не меняется в течение года, сигнальная роль этого фактора в регуляции сезонных явлений в жизни животных и растений не проявляется  или почти не проявляется.

  Суточный  цикл освещенности не менее важен в жизни животных и растений. В зависимости от эволюционно сложившихся взаимоотношений в экосистемах одни животные характеризуются дневной активностью (большинство птиц, многие млекопитающие, пресмыкающиеся и земноводные, многие насекомые), другие — ночной (большинство хищных млекопитающих, ночные насекомые), третьи — сумеречной (совы, летучие мыши).

  Для некоторых животных нижним фактором, определяющим их поведение, оказывается лунный свет.

  Например, нападения комаров максимально интенсивны утром и вечером, при восходе и заходе Солнца; однако при полнолунии они активны всю ночь    (рис. 1.3). 

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис. 1.3    Схема изменений  кривой ночного нападения  комаров в природе в  зависимости от фаз луны   (по Мончадскому  из Наумова,         1955г.)

1 —  новолуние, 2 — конец первой четверти, 3 — полнолуние, 4 — конец третьей четверти.          Время полной темноты — затемненная часть рисунка.

1.2. ХИМИЗМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ.

 

  Живые организмы, существуя за счет обмена веществ с окружающей средой, естественно, сильно зависят от ее химического состава. В то же время, преобразуя органические и неорганические вещества среды, сами они могут в значительной мере изменять его. Взаимодействие неживых и живых компонентов биосферы целиком определяет особенности Земли как планеты, имеющей жизнь. Весь свободный кислород атмосферы создан процессом фотосинтетического разложения воды растениями, огромные толщи известняков и других органогенных осадочных пород созданы деятельностью живых организмов, запасы камеи кого угли, нефти и газа в земной коре — результат деятельности живых организмов минувших эпох.                                                      

 Впечатляющие  масштабы этого взаимодействия в  геологическом времени в конечном счете зависят от текущего обмена веществ между живыми организмами и средой обитания в актуальном времени. Как отдельные организмы и виды, так и экосистемы более или менее сильно зависят от химического состава среды обитания. Особенно сильно это влияние среды сказывается на водных организмах, постоянно находящихся в растворителе (воде), являющемся основой внутриклеточных и межклеточных жидкостей растений и животных.

 С момента  возникновения первых живых клеток в первичном океане эволюция постоянно решает задачу отделения внутренней среды от внешней с одновременным сохранением связи по элементам и соединениям, необходимым для жизнедеятельности. На клеточном уровне эта задача решалась созданием полупроницаемых мембран, включением в них специальных белков, белково-липидных и гликозидных комплексов, избирательно проницаемых для отдельных веществ или активно, с затратой энергии, переносящих жизненно важные ионы против градиента концентрации.

 На  уровне организмов уменьшение зависимости  от химического состава среды обитания достигалось возникновением все более совершенных покровных тканей, часто снабженных выделением защитной слизи железами,  слоем мертвых ороговевших клеток, чешуей разных видов.

  От  простейших и кишечнополостных до рыб  водные организмы демонстрируют  постепенное совершенствование биохимических, физиологических и морфологических механизмов, уменьшающих их зависимость от химического состава среды обитания и активно регулирующих обмен между внутренней и внешней средой. По многим элементам внутренняя среда водных организмов существенно отличается от состава морской воды.  

  Так, концентрация фосфора, кремния и цинка в них примерно в тысячу раз выше, чем в морской воде, серы, железа, меди и йода — в сто, калия, мышьяка, бора и фтора — в десять раз. Дополнительная сложность для водных обитателей заключается в поддержании осмотического давления в клетках, уравновешивающего осмотическое давление водной среды. Для большинства первично океанских групп животных и растений эта проблема практически не существует, концентрация большинства ионов в их клетках соответствует их содержанию в морской воде, и работа всех ферментных и регуляторных систем клеток оптимально осуществляется при именно таком ионном составе.

  Однако  переход к жизни в опресненной или пресной воде, как и освоение водоемов с повышенной концентрацией солей, требовал создания специальных механизмов само регуляции — удержания солей в клетках у пресноводных организмов, активного выброса солей и предотвращения их проникновения в клетки для обитателей водоемов с соленостью, существенно превышающей концентрацию растворенных в клеточных жидкостях вещества.

  Например, у костистых рыб жидкости тела гипотоничны по отношению к морской и гипертоничны по отношению к пресной воде. При самых совершенных покровах, почти исключающих проницаемость для воды и солей, дыхание жабрами делает неизбежным постоянный контакт их водо- и солепроницаемых тканей с водной средой. Гипертоничная морская вода обезвоживает организм рыб, «вытягивая» воду из жабр, гипотонич-ная пресная вода, наоборот, как бы «накачивает» организм рыбы. Постоянство концентрации солей в жидкостях тола у морских рыб обеспечивается тем, что соленая  вода поступает через пищеварительный тракт, а почки активно выделяют избыточные ионы во внешнюю среду имеете с продуктами обмена веществ. У пресноводных рыб почки, наоборот, непрерывно выделяют избыточную воду, удерживая ионы.

  Поэтому у так называемых проходных рыб, размножающихся в пресной воде, а большую часть жизни проводящих в море (большинство лососевых и осетровых) и хождение половозрелых рыб в реки, как и выход молоди в море, требует длительного и постепенного перехода во все более (или менее) опресненную воду в месте впадения реки в море, во время которого происходит перестройка выделительной системы.