Экологические адаптации организмовк световому режиму

Наземно-воздушная среда обитания.

Для наземно-воздушная среды характерны: низкая плот­ность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100 градусов), высокая подвижность атмо­сферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.

Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая извне. Основным источником ее является солнечная радиация, на которую приходится 99,9% в общем балансе энергии Земли. На видимые лучи приходится примерно половина всей, посту­пающей на Землю, лучистой энергии. Остальные 50% составляют невидимые инфракрасные лучи, около 1% - ультрафиолетовые. Среди ультрафиолетовых (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290-380 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, поглощаются на высоте 20-26 км озоновым экраном - слоем атмосферы, содержащим молекулы О3. Длинновол­новые УФЛ имеют высокую химическую активность. В диапазоне 250-300 нм УФЛ оказывают мощное бактери­цидное действие и у животных вызывают образование из стеролов вит. D; при длине волны 200-400 нм у человека насту­пает загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие; их используют животные с непостоянной температурой тела.

Видимая радиация несет приблизительно 60% суммарной энергии. С областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает ФР - физиологическая радиация (длина волны 300-800 нм), в пределах которой выделяют ФАР - область фотосинтетически активной радиа­ции (380-710 нм). Область ФР можно условно разделить на ряд зон: ультрафиолетовую (менее 400 нм), сине-фиолетовую (400-500нм), желто-зеленую (500-600 нм), оранжево-красную, (600-700 нм), дальнюю красную (более 700 нм).

Зеленым растениям свет нужен для образования хлоро­филла, формирования гранальной структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газо­обмен и транспирацию, активизирует ряд ферментов, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Свет влияет на деление и растяжение клеток, ростовые процессы, и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, но самое большое значение свет имеет в воздушном питании растений, в использовании ими солнеч­ной энергии в процессе фотосинтеза. С этим связаны основные адаптации растений по отношению к свету. Об этом свидетель­ствует весь ход эволюции наземных высших растений. Фотоавтотрофы способны ассимилировать СО2, используялучистую энергию Солнца и преобразуя ее в энергию химических связей в органических соединениях. На суше длявысших фотоавтотрофных растений условия освещения практически везде благоприятны, и они растут повсюду, где позволяют климатические и почвенные условия, приспосабли­ваясь к световому режиму данного местообитания. В жизни растений большое значение имеет и количество падающего света, т. е. интенсивность освещения. Она меняется в боль­ших пределах в разные месяцы вегетационного периода в зависимости от широты местности.


У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местооби­таний.

По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

1. Светолюбивые (световые) или гелиофиты — растения открытых, постоянно хорошо освещаемых мест обитания. Примеры: луговые травы (костер безостый, тимофеевка луговая, райграс высокий), из лесных растений (ветреница лютичная, гусиный лук, хохлатки).

2. Тенелюбивые (теневые), или сциофиты — растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми
солнечными лучами. Примеры: кислица, майник двулистый, марьянник лесной, вороний глаз, копытень.

3. Теневыносливые, или факультативные гелиофиты, - могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету. Примеры: мятлик луговой, ежа сборная,
земляника и др.

Для животных солнечный свет не является таким необхо­димым фактором, как для зеленых растений. Поскольку все гетеротрофы в конечном счете существуют за счет энергии, накопленной растениями. Тем не менее и в жизни животных световая часть спектра солнечного излучения играет важную роль. Разные виды животных нуждаются в свете определен­ного спектрального состава, интенсивности и длительности освещения. Отклонения от нормы подавляют их жизнедея­тельность и приводят к гибели. Различают виды светолюбивые (фотофилы) и тенелюбивые (фотофобы); эврифотные, выносящие широкий диапазон освещенности и стенофотные, переносящие узкоограниченные условия освещенности.

Свет для животных необходимое условие видения, зри­тельной ориентации в пространстве. Рассеянные, отраженные от окружающих предметов лучи, воспринимаемые органами зрения животных, дают им значительную часть информации о внешнем мире. Развитие зрения у животных шло парал­лельно с развитием нервной системы.

Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов и миграций. Птицы, например, с пора­зительной точностью выбирают направление полета, преодо­левая иногда многие тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз позволяет организмам пережить холодное время года. Анабиоз сопровождается значительными потерями воды (до 75%). При наступлении благоприятных условий организмы выходят из состояния анабиоза и процессы жизнедеятель­ности возобновляются.

При адаптации к холоду проявляется закон экономии поверхности, так как компактная форма тела с минимальным отношением площади к объему наиболее выгодна для сохранения тепла. Связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями их обитания была подмечена еще в XIX в. Согласно правилу К. Бергмана крупные виды, принадлежащие к определенной систематичес­кой группе гомойотермных животных, живут в наиболее холодных климатах, а мелкие - в теплом климате. Суть этого правила в необходимости поддержания для гомойотермных животных постоянной внутренней температуры тела. Потери тепла происходят, главным образом, через поверхность тела. Чем крупнее животное и, следовательно, меньше отношение поверхность/объем, тем меньше и потери тепла через тепло­отдачу. Известно, что из всех геометрических фигур с равным объемом наименьшую поверхность имеет шар. Животным выгоднее иметь массивное тело, максимально приближаясь к форме шара.

Д. Аллен в 1877 г. подметил, что у многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конеч­ностей и различных выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) увеличиваются к югу. Терморегуляционное значение отдельных участков тела далеко не равноценно. Выступающие части имеют большую относительную поверх­ность, которая выгодна в условиях жаркого климата. У мно­гих млекопитающих особое значение для поддержания теплового баланса имеют уши, снабженные большим коли­чеством кровеносных сосудов.

Адаптации организмов к водному режиму наземно-воздушной среды.Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможно только при достаточном обеспечении его водой - необходимым условием жизни.

Вся эволюция наземных организмов шла под знаком приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности среды на суше очень разнообразны - от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами до прак­тически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь.

У животных различают три механизма регулирования вод­ного баланса: морфологический - через форму тела, покровы; физиологический - посредством высвобождения воды из жиров, белков и углеводов (метаболическая вода), через испарение и органы выделения; поведенческий - выбор предпочтительного расположения в пространстве.

Пустынные животные имеют особый тип обмена веществ, при котором вода образуется в организме при поедании сухого корма (грызуны). Источником воды служит и жир, накапли веющийся у некоторых животных в больших количествах (верблюды, курдючные овцы). Копытные способны в поисках воды пробегать огромные расстояния. Многие мелкие животные на период засухи впадают в анабиоз.

Растения избегают обезвоживания либо посредством запа­сания воды в теле и защиты ее от испарения (суккуленты), либо через увеличение доли подземных органов (корневых систем) в общем объеме тела. Уменьшению испарения способ­ствуют также различного рода покровы (волоски, плотная кутикула, восковой налет). При избытке воды механизмы ее экономии слабо выражены. Наоборот, некоторые растения способны выделять избыточную воду через листья, в капельно-жидком виде («плач растения»).

Адаптации растений засушливых мест обитания - прони­кание корней на значительные глубины (верблюжья колюч­ка); разветвленная корневая система; уменьшение площади листовых пластинок или их видоизменения в колючки (как­тусы); уменьшение количества устьиц; накопление воды в органах и экономное ее использование; переживание засуш­ливого периода в виде подземных побегов (корневищ, луковиц)и т. д.

Экологические группы растений по отношению к воде:

- Гидатофиты - это водные растения, целиком или почти целиком погруженные в воду. Среди них - цветковые, кото­рые вторично перешли к водному образу жизни (элодея,
рдесты, водяные лютики, валлиснерия и др.). Вынутые из воды, эти растения быстро высыхают и погибают. У них редуцированы устьица и нет кутикулы.

Листовые пластинки у гидатофитов, как правило, тонкие, без дифференцировки мезофила, часто рассеченные, что спо­собствует более полному использованию ослабленного в воде солнечного света и усвоению С02. Нередко выражена разнолистность - гетерофиллия; у многих видов есть плавающие листья, имеющие световую структуру. Поддерживаемые водой побеги часто не имеют механических тканей, в них хорошо развита аэренхима.

Корневая система цветковых гидатофитов сильно редуци­рована, иногда отсутствует совсем или утратила свои основ­ные функции (у рясок). Поглощение воды и минеральных солей происходит всей поверхностью тела.

- Гидрофиты - это растения наземно-водные, частично погруженные в воду, растущие по берегам водоемов, на мелко­водья, на болотах. К ним можно отнести тростник обыкно­венный, калужницу болотную и другие виды. У них лучше, чем у гидатофитов, развиты проводящие и механические ткани. У гидрофитов есть эпидермис с устьицами, интен­сивность транспирации очень высока, и они могут расти только при постоянном интенсивном поглощении воды.

Гигрофиты - наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности воздуха и часто на влажных почвах. Теневые гигрофиты - это растения нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (цирцея альпийская, многие тропические травы). Из-за высокой влажности возду- ха у них может быть затруднена транспирация.

К световым гигрофитам относятся и виды открытых место­обитаний умеренной полосы, растущие на постоянно влаж­ных почвах и во влажном воздухе (папирус, рис, подмарен­ник болотный и др.).

Мезофиты могут переносить непродолжительную и не очень сильную засуху. Это растения, произрастающие при среднем увлажнении, умеренно теплом режиме и достаточно хорошей обеспеченности минеральным питанием. К мезофи­там можно отнести деревья верхних ярусов тропических лесов, древесные породы лесов умеренного пояса, кустарники, травянисты растения, растения заливных лугов.

Ксерофиты растут в местах с недостаточным увлажнением и имеют приспособления, позволяющие добывать воду при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать ее на время засухи. Ксерофиты подразделяются на два типа:

- суккуленты - сочные растения с сильно развитой водозапасающей паренхимой в разных органах. Стеблевые суккуленты - кактусы; листовые суккуленты - алоэ, агавы,
молодило; корневые суккуленты - аспарагус, кислица.

Листья, а в случае их редукции стебли суккулентов имеют толстую кутикулу. Устьица погруженные, открываются в щель, где задерживаются водяные пары. Днем они закрыты. Это помогает суккулентам сберегать накопленную влагу, но зато ухудшает" газообмен. Поэтому многие суккуленты при открытых устьицах поглощают СО2, который только на следующий день перерабатывают в процессе фотосинтеза;

- склерофиты - это растения, наоборот, сухие на вид (ковыли, злаки), часто с узкими и мелкими листьями, иногда свернутыми в трубочку. Листья могут быть также рассечен­ными, покрытыми волосками или восковым налетом. Хорошо развита склеренхима, поэтому растения без вредных последствий могут терять до 25% влаги не завядая. В клетках преобладает связанная вода. Сосущая сила корней до нескольких десятков атмосфер, что позволяет успешно добывать воду из почвы. При недостатке воды резко снижают транспирацию.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

82 − = 81