Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 10. Адаптации организмов к жизни в воде Вспомните, какие животные и растения обитают в водной среде жизни. Как вы думаете? Благодаря каким особенностям строения водные животные не тонут и могут обитать на разной глубине? Вы узнаете об экологических группах водных обитателей и их адаптациях к жизни в водной среде. Для водной среды жизни характерно большое разнообразие автотроф- ных и гетеротрофных организмов. Наибольшее разнообразие видов на- блюдается в тропических и субтропических морях на глубине, не превы- шающей 200—500 м. Адаптации растений к жизни в воде. В соленых водах из многокле- точных автотрофов обитают только водоросли. К изменению состава сол- нечного спектра в зависимости от глубины они приспособились путем изменения состава своих пигментов (см. § 9). Проверим знания Правообладатель Народная асвета 47 В пресных водоемах в стеблях растений слабо развиты механические ткани. Например, если извлечь из воды кувшинку белую или кубышку желтую, то их стебли поникают и не способны поддерживать цветки в вертикальном положении. Опорой для них служит вода за счет ее высокой плотности. Адаптацией к недостатку кислорода в воде является наличие в орга- нах водных растенийвоздухоносной ткани (а э р е н х и м ы). Минеральные вещества находятся в воде в растворенном состоянии, поэтому слабо раз- виты проводящие ткани и корневая система. Корни могут вообще отсут- ствовать (вольфия бескорневая) либо служить только для закрепления в субстрате (рогоз, стрелолист, частуха), поэтому корневых волосков на корнях нет. Листья чаще тонкие и длинные либо сильно рассеченные. Устьица у плавающих листьев находятся на верхней стороне, а у погру- женных в воду — отсутствуют. Для некоторых растений, имеющих погру- женные в воду и надводные листья (кувшинка, стрелолист), характерно наличие листьев разной формы (рис. 15). Пыльца, плоды и семена водных растений приспособлены к распро- странению водой. Они имеют пробковые выросты или прочные оболочки, предотвращающие попадание воды внутрь и загнивание. Адаптации животных к жизни в воде. В водной среде животный мир более богат, чем растительный. Поскольку животные относятся к гете- ротрофам и солнечный свет не является для них условием существова- ния, то они заселили водную среду до самых больших глубин. По типу адаптаций гидробионтов разделяют на следующие экологические группы: планктон, нектон, бентос. Планктон (от греч. planktoЂs — парящий, блуждающий) — орга- низмы, обитающие в толще воды и передвигающиеся под действием § 10. Адаптации организмов к жизни в воде Рис. 15. Морфологическое разнообразие листьев у стрелолиста, растущего на суше, частично или полностью погруженного в воду Стреловидные листья Округлые листья Лентовидные листья Правообладатель Народная асвета 48 Глава 1. Организм и среда ее тока (рис. 16). Сюда относятся кишечнополостные, мелкие ракообраз- ные, личинки некоторых других беспозвоночных. Все их адаптации на- правлены на повышение плавучести тела: 1) увеличение поверхности тела за счет сплющивания и удлинения формы, развития выростов и щетинок; 2) уменьшение плотности тела в связи с редукцией скелета, наличием жировых капель, пузырьков воздуха, слизистых чехлов. Нектон (от греч. nektoЂs — плавающий) — организмы, обитающие в толще воды и ведущие активный образ жизни. Представителями нек- тона являются головоногие моллюски, рыбы, китообразные (рис. 17). Противостоять течению им помогают адаптации к активному плаванию и уменьшению трения тела. Активное плавание достигается за счет хорошо развитой мускулатуры. При этом могут использоваться энергия выбра- сываемой струи воды, изгибание тела, плавники, ласты. Уменьшению трения тела способствуют: обтекаемая форма тела, эластичность кожных покровов, наличие на коже чешуи и слизи. Бентос (от греч. beЂnthos — глубина) — организмы, обитающие на дне водоема или в толще донного грунта (рис. 18). Рис. 16. Представители планктона Гребневик венерин пояс Веслоногий рачок Сифонофора португальский кораблик Медуза корнерот Креветка Гидроидный полип парусник Правообладатель Народная асвета 49 § 10. Адаптации организмов к жизни в воде Рис. 17. Представители нектона Дельфин Лещ Щука Сом Кальмар Плотва Камбала Гребешки Рак-отшельник Морской еж Морская звезда Коралл Червь нереис Морские лилии Рис. 18. Представители бентоса Правообладатель Народная асвета 50 Глава 1. Организм и среда Для бентосных организмов характерны адаптации, которые направ- лены на уменьшение плавучести: 1) утяжеление тела за счет раковин (моллюски), хитинизированной кутикулы (раки, крабы, омары, лангусты); 2) закрепление на донном субстрате с помощью органов фиксации (присоски у пиявок, крючья у личинок ручейников) или уплощенно- го тела (скат, камбала). Некоторые представители зарываются в грунт (многощетинковые черви). Повторим главное. В соленых водах обитают только водоросли, со- держащие широкий спектр фотосинтетических пигментов. В органах растений, обитающих в пресных водоемах, имеется воздухоносная ткань (аэренхима), но слабо развиты механические и проводящие ткани. Корневая система лишена корневых волосков либо отсутству- ет. По характеру адаптаций водных животных разделяют на три основные экологические группы: планктон, нектон, бентос. Ключевые вопросы. 1. Назовите ткани и органы, которые слабо развиты у водных рас- тений. Объясните почему. 2. Распределите перечисленные растения на группы: гидро- фиты и гигрофиты. Пушица, рдест, элодея, осока, кувшинка, рис, ряска, папирус. 3. Из перечисленных животных выберите представителей нектона: кальмар, медуза, камбала, осьминог, креветка, морской еж, сом, дельфин. 4. Установите соответствие между эко- логическими группами водных обитателей и их представителями. Экологические группы: 1 — планктон; 2 — нектон; 3 — бентос. Представители: щука, медуза, камбала, осьми- ног, краб, дафния, рак-отшельник. Сложные вопросы. 1. Опишите распределение живых организмов в водной среде и по- ясните, от каких физических и химических факторов оно зависит. 2. Почему животный мир в водной среде намного богаче, чем растительный? Дайте аргументированный ответ с учетом их морфофизиологических особенностей. § 11. Наземно-воздушная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в наземно-воздушной среде Вспомните, чем воздух по свойствам отличается от воды. Как вы думаете? Какой из факторов наземно-воздушной среды жизни является основным лимитирующим фактором и почему? Вы узнаете об особенностях условий в наземно-воздушной среде жизни и адаптациях организмов к этим условиям. Проверим знания Правообладатель Народная асвета 51 § 11. Наземно-воздушная среда жизни В ходе эволюции наземно-воздушная среда жизни была освоена орга- низмами позже, чем водная. Отличительными особенностями наземно- воздушной среды являются: высокая интенсивность света, значительные колебания температуры и влажности воздуха, его низкая плотность и давление, высокое содержание кислорода. При этом наблюдается хоро- шо выраженная зависимость количественных значений этих факторов от географического положения местности, смены сезонов и времени суток. Газовый режим наземно-воздушной среды. Одним из компонентов наземно-воздушной среды является в о з д у х (смесь различных газов). Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функ- цию опоры для организмов (за исключением летающих насекомых и птиц). Именно низкая плотность определяет незначительное сопротив- ление воздуха при передвижении организмов по поверхности почвы. В то же время это затрудняет их перемещение в вертикальном направлении. Низкая плотность воздуха обусловливает также низкое давление на суше (760 мм рт. ст. = 1 атм). С увеличением высоты над уровнем моря дав- ление уменьшается. На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое дав ление может ограничивать распространение ви- дов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни на- ходится на высоте около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание организмов животных за счет учащения дыхания. Примерно такие же пределы про- движения в горы растений. Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться даже на ледни- ках, выше границы растительности. Воздух меньше, чем вода, препятствует проникновению солнечного света, так как имеет более высокую прозрачность. Это интересно. Газовый состав атмосферы является важным климатиче- ским фактором. Примерно 3—3,5 млрд лет назад атмосфера содержала азот, аммиак, водород, метан и водяной пар, а свободный кислород в ней отсутство- вал. Состав атмосферы в значительной степени определялся вулканическими газами. В настоящее время атмосфера состоит в основном из азота, кислорода и относительно небольшого количества аргона и углекислого газа. Все остальные газы содержатся в атмосфере в следовых количествах. Кислород и углекислый газ, как правило, не являются лимитирующи- ми факторами: кислород — из-за постоянно высокого содер жания в воз- духе, а углекислый газ — из-за большой скорости возобновления. Важное Правообладатель Народная асвета 52 Глава 1. Организм и среда значение для организмов имеет относительное содержание кислорода и углекислого газа. Как вы уже знаете из курса биологии 9-го класса, от их парциального давления зависит эффективность газообмена в легких. Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пре делах. Например, при отсутствии ветра в центре больших городов его концентрация воз- растает в десятки раз. Это приводит к развитию г и п о к с и и (снижению содержания кислорода в организме) и обострению сердечно-сосудистых заболеваний у людей. Насыщение воздуха углекислым газом возника- ет в зонах вулкани ческой активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа. Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фото синтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, искусственно увеличивая концентрацию углекислого газа. Этим приемом пользуются в практике тепличного и оран- жерейного хозяйства. Молекулярный азот воздуха из-за малой химической активности не доступен для эукариот, но ряд прокариот (клубеньковые бактерии, азото- бактер, цианобактерии) обладают способностью связывать его и вовлекать в биоло гический круговорот (б и о л о г и ч е с к а я а з о т ф и к с а ц и я). В качестве примесей в воздухе присутствуют водяные пары и раз- личные загрязнители. За последнее столетие в результате хозяйственной деятельности человека их содержание в атмосфере резко повысилось. Среди за- грязнителей воздуха наиболее опасными являются: оксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, тяжелые металлы, угле- водороды. Ныне живущие организмы не приспособлены к ним. По этой причине загрязнение атмосферы является глобаль- ной экологической проблемой. Для ее ре- шения требуется осуществление приро- доохранных мероприятий на уровне всех государств земного шара. Перемещение воздуха в горизонталь- ном направлении из области высокого атмосферного давления в область более низкого — в е т е р — является одним из значимых экологических факторов наземно-воздушной среды. Ветер может Рис. 19. Кедр с флаговой кроной, расположенной в соответствии с преимущественным направлением ветров Правообладатель Народная асвета 53 вызывать перемещение песков в пустынях (песчаные бури). Он спосо- бен выдувать органические частицы почвы на любом рельефе, снижая плодородие земель (в е т р о в а я э р о з и я). Ветер оказывает механиче- ское воздействие на растения. Он способен вызывать ветровалы (выво- рачивание деревьев с корнями), буреломы (переломы стволов деревьев), деформацию кроны деревьев (рис. 19). Перемещение воздушных масс существенно влияет на распределение осадков и температурный режим наземно-воздушной среды. Водный режим наземно-воздушной среды. Из курса географии вы зна- ете, что наземно-воздушная среда может быть как предельно насыщена влагой (зона экваториальных лесов), так и очень бедна ею (пустыни). Осадки распределяются неравномерно как по сезонам, так и по геогра- фическим зонам. Влажность в среде колеблется в широком диапазоне. Она является основным лимитирующим фактором для живых орга- низмов. Температурный режим наземно-воздушной среды. Температура в наземно-воздушной среде имеет выраженную суточную и сезонную пе- риодичность. Организмы адаптировались к ней с момента выхода жиз- ни на сушу. Поэтому температура реже, чем влажность, проявляет себя как лимитирующий фактор. Однако в высоких широтах лимитирующее действие температуры усиливается. Жизнедеятельность большинства ор- ганизмов ограничена температурным интервалом от 0 до 40 С. Многие наземные организмы способны переносить отрицательные температуры в неактивном состоянии. Воздух, в отличие от водной среды, обладает низкой теплопроводно- стью и низкой удельной теплоемкостью, что обусловливает быстрое на- гревание и охлаждение воздушных масс. Поэтому у живых организмов в связи с этим возникли соответствующие адаптации. Адаптации растений к жизни в наземно-воздушной среде. С выхо- дом растений на сушу у них появились ткани. Строение тканей расте- ний вы изучали в курсе биологии 7-го класса. В связи с тем, что воздух не может служить надежной опорой, у растений возникли механиче- ские ткани (древесные и лубяные волокна). Широкий диапазон изме- нения климатических факторов стал причиной формирования плотных покровных тканей. Нахождение воды и питательных веществ в почве обусловило появление проводящих тканей, формирование корня, стебля и листьев. Благодаря подвижности воздуха (ветру) у растений сформи- ровались приспособления к опылению, распространению спор, плодов и семян. § 11. Наземно-воздушная среда жизни Правообладатель Народная асвета 54 Глава 1. Организм и среда Адаптации животных к жизни в наземно-воздушной среде. Жизнь животных во взвешенном состоянии в воздухе невозможна из-за его низ- кой плотности. Но многие из видов (насекомые, птицы) приспособились к активному полету и длительному пребыванию в воздухе. Перемещение воздушных масс в горизонтальном и вертикальном направлениях исполь- зуется некоторыми мелкими организмами для пассивного перемещения. Таким способом расселяются протисты, пауки, насекомые. Низкая плот- ность воздуха стала причиной совершенствования у животных в процессе эволюции наружного (членистоногие) и внутреннего (позвоночные) ске- летов. По этой же причине существуют предельные массы и размеры тела наземных животных. Самое крупное, ныне существующее животное суши — слон (масса до 5 т), гораздо меньше морского гиганта — синего кита (до 150 т). Только благодаря появлению разных типов конечностей млекопитающие смогли заселить разнообразные по характеру рельефа участки суши. У животных, обитающих в засушливых регионах, появились приспо- собления к добыванию и удержанию в теле воды. Так, слоновая черепаха запасает воду в мочевом пузыре; многие насекомые, грызуны и другие животные получают воду с пищей; некоторые млекопитающие избегают дефицита влаги путем отложения жира, при окислении которого обра- зуется метаболическая вода. За счет метаболической воды живут многие насекомые, питающиеся сухим кормом, верблюды, курдючные овцы, жир- нохвостые тушканчики. Это интересно. Лягушка плоскоголовая лопатница, или пустынная австра- лийская жаба, в период дождей запасает в больших подкожных «мешках» и полостях тела так много воды, что раздувается и становится похожей на шишковатый теннисный мяч. После этого она прячется под землю. Там, на глубине 30—35 см, жаба выделяет специальную слизь, которая дополнитель- но защищает животное от потери влаги. Благодаря таким приспособлени- ям, лягушка может выдержать засуху целый год и даже больше. С давних времен, зная эти особенности местных земноводных, аборигены Австралии, очутившись в пустыне, разыскивают их, чтобы утолить жажду. Таким образом, для жизни в наземно-воздушной среде у животных имеются приспособления: 1) крылья для полета либо конечности для передвижения по суше; 2) наружные покровы для защиты от низких или высоких температур; 3) наружный или внутренний скелет для поддержа- ния тела в воздушном пространстве; 4) приспособления для добывания и удержания в теле воды. Правообладатель Народная асвета 55 § 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве Повторим главное. В наземно-воздушной среде воздух имеет низ- кую плотность и давление, высокую прозрачность и содержание кис- лорода. Влажность в среде является основным лимитирующим фак- тором и зависит от климатического пояса. У растений и животных к жизни в наземно-воздушной среде выработались разнообразные адаптации. У растений появились механические, покровные и прово- дящие ткани, сформировались органы. Наличие ветра привело к раз- витию у них приспособлений для опыления, распространения спор, семян и плодов. У животных для перемещения в воздухе сформиро- вались крылья — приспособления к полету, а для передвижения по суше — разные типы конечностей. Низкая плотность воздуха стала причиной дальнейшего развития наружного и внутреннего скелетов. Непостоянство условий среды привело к формированию у животных защитных покровов тела. Ключевые вопросы. 1. Охарактеризуйте свойства воздуха как компонента наземно- воздушной среды. 2. Какие факторы наземно-воздушной среды являются лимити- рующими? Почему? 3. Назовите наиболее опасные загрязнители воздуха. В чем их опасность? Сложные вопросы. 1. Обоснуйте необходимость появления у растений после их выхода на сушу различных тканей: механических, покровных, проводящих. 2. Чем обусловлена необходимость появления у животных, обитающих в наземно-воздушной среде, разных типов конечностей? Приведите примеры животных с разными типами конечностей. |