Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 8. Приспособления живых организмов к сезонным ритмам условий среды обитания Вспомните, какие изменения наблюдаются у растений с наступлением холодов, как изменяется поведение животных с приходом весны. Как вы думаете? Что является причиной изменений, возникающих в жизнедеятельности растений и животных при смене сезонов? Вы узнаете о разнообразии приспособлений растений и животных к сезонным ритмам условий среды обитания. Проверим знания §7-1 Правообладатель Народная асвета 37 § 8. Приспособления живых организмов к сезонным ритмам условий среды обитания Как вы уже знаете из § 5, у большинства жи- вотных и растений цикл развития приурочен к сезонам года. Сигналом для подготовки к измене- нию сезона служит изменение продолжительно- сти светового дня — фотопериода. Все растения и животные, особенно умеренного климата, эволю- ционно выработали механизмы приспособления к сезонным изменениям факторов среды. Сезонные явления в природе изучает наука ф е н о л о г и я. Приспособления растений к сезонным рит- мам условий среды обитания. У растений про- цессы роста и развития определяются сезонными особенностями климатических факторов. Весной под их влиянием у растений активируются фи- зиологические процессы, приводящие к росту и цветению, летом — к плодоношению, осенью — к листопаду (рис. 10). Основным приспособлением растений к зимним условиям является их пере- ход в состояние покоя, характеризующееся пре- кращением роста и замедлением биологических процессов. У некоторых растений до наступления холодов формируются подземные видоизменен- ные побеги, содержащие запас питательных ве- ществ и способные переносить неблагоприятный период года. Например, у нарцисса, тюльпана, лилии образуются луковицы; у картофеля, то- пинамбура — клубни. С наступлением благопри- ятных условий они обеспечивают вегетативное размножение. Длина светового дня, изменяющаяся в тече- ние года, как часы, показывает растениям луч- шее время для перехода к цветению, плодоно- шению или для подготовки к неблагоприятному сезону. Важен также характер изменения длины светового дня (укорачивающийся или удлиняю- щийся). Например, у ряда многолетних злаков переход к цветению стимулируется удлинением Весна Лето Осень Зима Рис. 10. Сезонные изменения в жизни растений Правообладатель Народная асвета 38 Глава 1. Организм и среда светового дня весной, у других видов растений, наоборот, для этого тре- буется его укорачивание. По типу фотопериодической реакции наземные растения разделяют на три основные группы: короткодневные, длинно- дневные и нейтральные к длине светового дня. Это интересно. Короткодневные растения цветут ранней весной или осе- нью и нуждаются для этого в короткой длине светового дня (менее 12 ч). К ним относятся: земляника, хризантемы, рис, соя, бобы, свекла, хлопчат- ник, просо. Длиннодневные растения цветут летом и нуждаются для этого в длине светового дня более 12 ч. Представителями длиннодневных расте- ний являются: картофель, рожь, ячмень, овес, пшеница, редис. Растения, нейтральные к длине светового дня, цветут вне зависимости от его длины (огурец, подсолнечник, кукуруза, томат, горох, одуванчик). Таким образом, регулируя длину светового дня в условиях закрытого грунта, можно ускорять или замедлять наступление периода цветения у растений короткого или длинного светового дня в зависимости от по- ставленных целей. В разные сезоны лимитирующее действие на растения могут оказы- вать различные климатические факторы — свет, температура, влажность. Приспособления к их недостатку или избытку в среде обитания рассма- тривались в § 5—7. Приспособления животных к сезонным ритмам условий среды оби- тания. У животных к неблагоприятным сезонным явлениям сформиро- вались разнообразные приспособления. Для них характерны сезонные биологические циклы, в основе которых лежат сложные физиологические механизмы. Так, одни животные запасают корм, другие — накапливают массу, третьи — замедляют процессы жизнедеятельности, четвертые — повышают уровень теплообразования. На подготовку к зиме требуется длительное время для физиологической перестройки организма и нако- пления необходимого запаса энергетических ресурсов. В ходе эволюции животные смогли выработать три основных пути приспособления к неблагоприятным сезонным условиям среды: актив- ный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий. Активный путь приспособления организмов к сезонным колебаниям экологических факторов — это, во-первых, теплокровность — поддер- жание организмом постоянной температуры тела за счет высокой интен- сивности обмена веществ, что позволяет противостоять низким зимним температурам. Некоторые млекопитающие и птицы сменяют наружный Правообладатель Народная асвета 39 покров, чтобы уменьшить теплоотдачу в зимних условиях. У них происходит осенняя линька — смена летних покровов на более густые зимние. Во-вторых, у животных появились при- способления, позволяющие переносить недо- статок влаги. Бурые медведи, сурки, хомяки к осени способны накапливать бурый жир, который зимой расщепляется с образовани- ем воды. У верблюдов запасы такого жира позволяют длительное время находиться в пустыне без воды. Мелкие животные — змеи, черепахи, членистоногие — при на- ступлении засухи добывают влагу из пищи. Пассивный путь приспособления орга- низмов к сезонным колебаниям экологиче- ских факторов проявляется своеобразным приспособлением к перенесению неблагопри- ятных факторов — спячкой. Спячка — это состояние пониженной жизнедеятельности и обмена веществ, наступающее у некоторых гомойотермных животных, когда пища или вода становятся малодоступными и сохране- ние высокой интенсивности обмена веществ невозможно. Во время спячки происходит снижение температуры тела на несколько градусов, но обычно не ниже 10 С, и терморе- гуляция не прекращается. При этом дыхание становится редким, сердцебиение замедляет- ся, физиологические процессы затормажива- ются. Различают зимнюю и летнюю спячки. З и м н я я с п я ч к а — относительно про- должительный непрерывный сон некоторых млекопитающих животных (бурые медведи, летучие мыши, сурки, барсуки, суслики, бу- рундуки, ежи) в зимнее время года (рис. 11). Главной причиной является недостаток кор- ма. Спячка может длиться от нескольких дней до многих месяцев в зависимости от региона и вида организмов. § 8. Приспособления живых организмов к сезонным ритмам условий среды обитания Рис. 11. Примеры зимней спячки у млекопитающих Летучая мышь Суслики Бурундук Еж Правообладатель Народная асвета 40 Глава 1. Организм и среда Это интересно. Коала и сумчатые крысы спят зимой 6—12 дней. Суслик спит до 6 месяцев в характерной позе — сидя на задних конечностях, по- догнув голову к брюшку и укрыв себя хвостом. Еж сворачивается клубком и засыпает. Летучая мышь, завернувшись в крылья, в состоянии спячки проводит до 7 месяцев (с октября по апрель), пока нет насекомых. Сони в умеренном климате спят до 8 месяцев. Сурок в состоянии замедленного обмена веществ проводит суммарно до 9 месяцев. Животные, которые впадают в зимнюю спячку, как правило, не де- лают запасов пищи на зиму. Но они за теплое время года накапливают в своем теле жир, позволяющий им существовать без пищи и воды. Это интересно. Подкожный слой жира у медведей ближе к холодам до- стигает толщины 7—9 см. Самки набирают массу до 150 кг и больше, сам- цы — до 300 кг, причем 1 3 всей массы приходится на жир. У оленей толщина жирового слоя достигает 5—7 см. У барсуков старые самцы к зиме наби- рают до 32 кг массы. Жаркое время года некоторые грызуны переносят в состоянии л е т - н е й с п я ч к и, продолжающейся до нескольких месяцев. Она вызвана сезонным дефицитом воды. Для пойкилотермных животных (насекомых, рыб, земноводных, пре- смыкающихся) характерно оцепенение. Оцепенение — состояние резко пониженной жизнедеятельности, при котором все внутренние процессы замедляются намного сильнее, чем при спячке. Температура тела снижа- ется до значения температуры внешней среды, сердцебиение замедляется до 2—3 ударов, а дыхание — до 3—4 вдохов в минуту. З и м н е е о ц е п е н е н и е наступает при недостатке тепла, влаги и пищи в среде обитания. Позвоночные животные находят себе укромные места (в норах, под корягами, в дуплах), насекомые прячутся в землю, под кору деревьев, забиваются в трещины пней и впадают в оцепенение до на- ступления весны. Л е т н е е о ц е п е н е н и е у обитателей жарких стран наступает при вы- горании растительности и недостатке влаги. Например, степные черепахи при летнем оцепенении как бы высыхают — теряют много воды. Особым приспособлением к неблагоприятным условиям является ана- биоз — временное состояние организма, при котором жизненные процес- сы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни. Анабиоз характерен в основном для спор, сухих семян, протистов, ли- шайников, круглых червей. В таком состоянии они способны длительно Правообладатель Народная асвета 41 выдерживать очень низкие и высокие температуры, переносить отсут- ствие воды. Например, высушенные семена растений, споры, а также цисты протистов способны выдерживать температуры ниже –200 С. Избегание неблагоприятных воздействий — еще один путь приспо- собления организмов к сезонным колебаниям экологических факторов. Основным примером являются миграции — регулярные, повторяющиеся из года в год сезонные перемещения большого числа птиц или других животных из одного местообитания в другое. Наиболее известны мигра- ции птиц умеренных широт (журавлей, аистов, лебедей, гусей). Мигра- ции совершают и многие млекопитающие (северные олени, антилопы гну, киты), некоторые пресмыкающиеся (морские черепахи), насекомые (бабочка монарх). Это интересно. Птицы способны совершать очень дальние перелеты. Белые аисты гнездятся в Европе, а зимуют в Южной Африке. Эти птицы дважды в год преодолевают путь в 10—15 тыс. км. Самые дальние перелеты совер- шают полярные крачки. Эти птицы проводят лето в тундре, где выводят птенцов, а зимуют в Южном полушарии. Таким образом, крачки два раза в год пролетают более 17 тыс. км. Северные олени с наступлением зимы ми- грируют из тундры в лесотундру и северную тайгу, преодолевая расстояния до 500 км. Резкое и быстрое изменение условий среды обитания может привести к тому, что скорость приспособительных реакций организмов будет отста- вать от изменения условий среды, что может стать причиной вымирания вида. Сказанное в полной мере относится и к человеку. Повторим главное. У растений адаптация к смене сезонов прояв- ляется переходом к следующей стадии жизненного цикла. Весной у них активно протекают процессы роста и развития, у большинства происходит цветение, летом — плодоношение, осенью — листопад (за исключением голосеменных). Основным приспособлением растений к зиме является их переход в состояние покоя. По типу фотоперио- дической реакции наземные растения разделяют на три группы: ко- роткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня. Основными путями приспособления животных к неблагоприятным сезонным условиям среды являются: активный путь (теплокровность, способность накапливать жир); пассивный путь (спячка, оцепенение, анабиоз); избегание неблагоприятных воздействий (миграция). § 8. Приспособления живых организмов к сезонным ритмам условий среды обитания Правообладатель Народная асвета 42 Глава 1. Организм и среда Ключевые вопросы. 1. Назовите причину наступления листопада у древесных двудоль- ных растений. 2. Какие пути приспособления к сезонным изменениям условий среды выработали животные? 3. Из приведенного перечня животных выберите впадающих: 1 — в спячку; 2 — в оцепенение. Барсук, сурок, лягушка, змея, бурый медведь, черепаха, еж, ящерица, тритон, летучая мышь, соня, бурундук, белый амур. Чем отличаются эти состояния? Сложные вопросы. 1. Какую роль играет управление длиной светового дня для теплич- ного хозяйства? 2. Почему астры, георгины и хризантемы цветут осенью, а тюльпаны и пионы — весной? 3. Разделите указанные ниже растения на группы по типу фотопериоди- ческой реакции: овес, редис, одуванчик, рис, картофель, просо, огурец, хлопчатник, кукуру- за, томат, подсолнечник, соя, пшеница, горох. Назовите, какие из них не смогут плодоносить в наших климатических условиях. Объясните почему. 4. Как вы думаете, почему бурый медведь впадает в зимнюю спячку, а белый медведь зимой активен? § 9. Понятие о среде жизни. Водная среда жизни Вспомните, какие основные среды жизни существуют на Земле. Как вы думаете? Какие экологические факторы являются лимитирующими в водной среде? Почему видовое разнообразие в водной среде намного меньше, чем в наземно- воздушной? Вы узнаете о среде жизни и об особенностях температурного, светового, газового и солевого режимов в водной среде жизни. Вам уже известно такое понятие, как «среда обитания», которое рас- сматривалось в § 2. Но есть еще и понятие «среда жизни». Необходимо научиться их различать. Что же такое «среда жизни»? Среда жизни — часть природы с особым комплексом факторов, для существования в которой у разных систематических групп организмов сформировались сходные адаптации. На Земле можно выделить четыре основные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную, живой организм. Водная среда занимает приблизительно 71 % поверхности земного шара. Вода как основной компонент водной среды имеет ряд специфи- ческих свойств: большая плотность, увеличение давления с глубиной, высокая удельная теплоемкость, сильное поглощение солнечных лучей, относительно малое содержание кислорода. Отдельные водоемы различа- ются по солевому режиму, наличию течений и другим параметрам. Все растения водной среды называются гидрофитами (от греч. hyЂdor — вода, phytoЂn — растение). Животные организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионтами(от греч. hyЂdor — вода, bi Ђos — жизнь). Проверим знания Правообладатель Народная асвета 43 Плотность воды — фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Плотность воды в 800 раз больше плотности воздушной среды. Пресная вода обладает мак- симальной плотностью при 4 С. В толще воды давление возрастает на 1 атм каждые 10 м глубины. Многие водные беспозвоночные животные используют плотность воды в качестве опоры, как условие для парения в воде. Наличие поверхностного натяжения воды позволяет некоторым водным беспозвоночным передвигаться по водной поверхности (водомерки, вертячки). Большинство гидробионтов являются эврибионтами по отношению к плотности среды и могут обитать на разных глубинах (акулы, киты, морские костные рыбы). Так, некоторые виды червей могут обитать как в прибрежной зоне, так и на больших глубинах. Однако некоторые гидробионты обитают на строго определенных глубинах (камбала, скаты, крабы, раки) и являются стенобионтами по отношению к плотности воды. Температурный режим водной среды.В воде температура изменяется в меньшей степени, чем на суше из-за высокой удельной теплоемкости и теплопроводности воды. Повышение температуры воздуха на 10 C вы- зывает повышение температуры воды на 1 C. С глубиной температура постепенно снижается. На больших глубинах температурный режим от- носительно постоянен (не выше 4 C). В верхних слоях наблюдаются суточные и сезонные колебания (от 0 до 36 C). Поскольку в водной среде температура изменяется в узком диапазоне, то для большинства гидробионтов требуется стабильная температура. Для них губительны даже небольшие отклонения температуры, вызванные сбросом пред- приятиями теплых сточных вод. Гидробионты, способные существовать при больших колебаниях температуры, встречаются только в мелких во- доемах, где из-за небольшого объема воды наблюдаются значительные суточные и сезонные перепады температуры. Световой режим водной среды. Света в воде меньше, чем в воздухе. Часть солнечных лучей отражается от поверхности воды, а часть погло- щается ее толщей. Фотосинтезирующие организмы в чистых водах морей и океанов рас- пространены до глубины 200 м. В реках этот показатель колеблется от 1,0 до 1,5 м и зависит от прозрачности воды. Прозрачность воды в реках и озерах сильно снижается из-за загрязнения взвешенными частицами. На глубину более 1500 м свет практически не проникает. В водной среде из автотрофов наиболее широко представлены водо- росли, с которыми вы познакомились в курсе биологии 7-го класса. § 9. Понятие о среде жизни. Водная среда жизни Правообладатель Народная асвета 44 Глава 1. Организм и среда Зеленые водоросли содержат зеленый, оранжевый и желтый пигмен- ты. Они способны к фотосинтезу при достаточной интенсивности света. Поэтому обитают в мелких пресных водоемах или на морском мелководье. К зеленым водорослям относятся: спирогира, улотрикс, ульва (рис. 12). У бурых водорослей, помимо зеленого, содержатся бурый и желтый пигменты. Они способны улавливать менее интенсивное солнечное излу- чение на глубине 40—100 м. Представителями бурых водорослей явля- ются ламинария и фукус, обитающие только в морях (рис. 13). Красные водоросли (порфира, филлофора и др.) могут жить на глу- бине до 200 м (рис. 14). Кроме зеленого, они содержат красный и синий пигменты, способные улавливать даже незначительный свет. Газовый режим водной среды. В водной среде содержание кислорода в 20—30 раз меньше, чем в воздухе, поэтому он часто становится лими- тирующим фактором. В насыщенной кислородом воде при низкой темпе- ратуре содержание его составляет не менее 10 мл на 1 лводы. Кислород поступает в воду за счет фотосинтеза водных растений и способности кислорода воздуха растворяться в воде. Верхние слои воды богаче кислородом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация кислорода уменьшается. У дна водоема кислород мо- жет вообще отсутствовать из-за поглощения донными отложениями. При Рис. 12. Морские зеленые водоросли Рис. 13. Морские бурые водоросли Улотрикс Ульва Ламинария Фукус Правообладатель Народная асвета 45 дефиците кислорода наблюдаются з а м о р ы (гибель водных организмов). Зимние заморы бывают, когда водоемы покрываются льдом. Летние — когда из-за высокой температуры воды уменьшается растворимость кис- лорода и увеличивается его поглощение донными отложениями. Причи- ной может быть и повышение концентрации токсичных газов (метана, сероводорода), образующихся при разложении отмерших организмов. Из-за непостоянства концентрации кислорода большинство водных организмов по отношению к нему являются эврибионтами. Но есть и сте- нобионты (форель, планария, личинки поденок и ручейников), которые не переносят недостатка кислорода. Они являются индикаторами высоко- го содержания кислорода в водоеме. Углекислый газ растворяется в воде в 35 раз лучше кислорода, и его концентрация в ней в 700 раз выше, чем в воздухе. Морская вода — глав- ный резервуар углекислого газа на планете. В воде он накапливается бла- годаря дыханию водных организмов, разложению органических остатков. Углекислый газ обеспечивает фотосинтез водных растений и используется при образовании известковых скелетов беспозвоночных животных. Солевой режим водной среды. Соленость воды играет важную роль в жизни гидробионтов. Природные воды по содержанию солей разделяют на группы, представленные в таблице 1. В Мировом океане соленость составляет в среднем 35 г/л. Самое высокое содержание солей в соле- ных озерах (до 370 г/л). Типич- ные обитатели пресных и соленых вод являются стенобионтами. Они не переносят колебаний солености воды. Эврибионтов сравнительно немного (угорь, колюшка, ло- сось). Они могут жить как в прес- ной, так и в соленой воде. Рис. 14. Морские красные водоросли Порфира Филлофора § 9. Понятие о среде жизни. Водная среда жизни Т а б л и ц а 1. Соленость природных вод Тип природных вод Содержание солей, г/л Пресные Солоноватые Соленые Менее 0,5 0,5—16 Более 16 Правообладатель Народная асвета 46 Глава 1. Организм и среда Повторим главное. На планете Земля выделяют четыре основные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и живой ор- ганизм. Водная среда имеет большую плотность, высокую удельную теплоемкость, сильно поглощает солнечные лучи, содержит относи- тельно малое количество кислорода, но много углекислого газа, дав- ление увеличивается с глубиной. Плотность воды в 800 раз больше плотности воздушной среды. В водной среде лимитирующим фактором является кислород. Температурный режим в воде относительно посто- янный. Фотосинтезирующие организмы в чистых водах морей и океа- нов распространены до глубины 200 м. По содержанию солей природ- ные воды разделяют на три группы: пресные, солоноватые и соленые. Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятия «среда жизни». Чем это понятие от- личается от понятия «среда обитания»? Какие среды жизни можно выделить на планете Земля? 2. До какой глубины могут быть распространены фотосинтезирующие организмы в морях и океанах? Почему? 3. Назовитесостав пигментов у водорослей, обитающих на разной глубине морей и океанов. Чем обусловлено различие состава? Сложные вопросы. 1. Укажите источники кислорода и углекислого газа в воде. Со- держание какого из газов является лимитирующим фактором и почему? 2. Назовите причины зимних и летних заморов рыб. Предложите план мероприятий, позволяющих их предотвращать. |