Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве Вспомните, что такое почва, назовите виды организмов, которые живут в почве. Как вы думаете? Какие приспособления к эдафическим экологическим факторам должны иметь организмы, чтобы жить в почвенной среде? Вы узнаете об особенностях условий почвенной среды жизни и об адаптациях организмов к ним. Общая характеристика почвы как среды жизни. Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в резуль- тате взаимодействия климатических и биологических факторов с под- стилающей породой (песок, глина). Почва также является источником минерального питания для растений. В то же время почва — это среда жизни для многих организмов. Это самая молодая среда жизни на Земле. Проверим знания Правообладатель Народная асвета 56 Глава 1. Организм и среда С момента возникновения она играет важную роль в эволюции органиче- ского мира. Для нее характерны следующие свойства: высокая плотность, водный и температурный режимы, аэрация (обеспечение воздухом), кис- лотность (рН), засоленность. Плотность почвы увеличивается с глубиной и зависит от ее струк- туры, которая определяется относительным содержанием в ней песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину примерно в равных количествах. По механическому со- ставу более распространенными являются глинистые (тяжелые), сугли- нистые и песчаные (легкие) почвы, которые существенно различаются по водному и температурному режимам. Водный и температурный режимы почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Почвенную влагу по степени доступности разделяют на три вида: свободную (гравитационную), капиллярную и пленочную (гигроскопическую). Это интересно. Свободная вода подвижная, заполняет широкие промежут- ки между частицами, но не удерживается в почве. Она способна просачи- ваться вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Организмы ее легко усваивают. Капиллярная вода удерживается в узких почвенных каналах силами поверхностного натяжения. Она может подни- маться к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряется, свобод- но поглощается растениями. Пленочная вода в почве удерживается за счет водородных связей с почвенными частицами и практически недоступна для растений. В глинистых почвах ее содержание достигает 15 %, в песчаных — 5 %. По мере накопления пленочной воды она переходит в капиллярную. Существует постоянный обмен между почвенными, грунтовыми и по- верхностными водами, изменяющий свою интенсивность и направлен- ность в зависимости от климата, сезона года. Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с призем- ным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не прослеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают и на- оборот. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды. Гидротермический режим почвы зависит от структуры почвы и содержания гумуса (органи- ческого вещества). Глинистые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому хуже прогреваются, но дольше сохраняют тепло, чем песчаные. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость — удержанию воды почвой. Почвенный воздух, также как и почвенная влага, находится в порах между частицами почвы. Все поры, свободные от воды, заполнены возду- Правообладатель Народная асвета 57 хом. Так происходит аэрация (обеспечение воздухом) почвы. Пористость почвы возрастает от глин к суглинкам и пескам. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Однако в воздухе почвы из- за дыхания населяющих ее организмов содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Аэрация почвы зависит от ее влажности и температуры. Повышение влажности и темпе- ратуры почвы ухудшает ее аэрацию и наоборот. С глубиной в почве уве- личивается содержание углекислого газа. Указанные факторы являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве. Кислотность почвы выражается через рН почвенного раствора (жид- кой фазы почвы) — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. Это интересно. При рН = 7 реакция почвенного раствора является ней- тральной, если его значение ниже 7, то почва кислая, если выше 7, то ще- лочная. Таким образом, чем ниже значение рН, тем выше кислотность почвы. Растения более чувствительны к рН почвы, чем животные. Для каж- дого вида растений существует оптимальное значение кислотности почвы, при котором они развиваются наилучшим образом, поэтому pH является одним из наиболее важных показателей качества плодородия. При несо- ответствии кислотности почвы потребностям растений у них нарушается нормальный процесс питания и некоторые полезные вещества и соеди- нения не усваиваются или усваиваются крайне плохо, в результате чего замедляется рост растений. Засоленность почвы характеризуется содержанием в ее профи ле лег- корастворимых солей в токсичных для растений количествах (> 0,25 %). Засоленные почвы широко распространены в зонах сухих степей и пу- стынь, встречаются также в лесостепной зоне. Это интересно. Засоленные почвы различаются по глубине залегания со- левого горизонта, химическому составу засоления и степени засоления. По первому признаку почвы делятся на солонцы — соли расположены в глубо- ких слоях почвы (80—150 см) и солончаки — содержащие большое коли- чество водорастворимых солей у самой поверхности (до 30 см) и в про филе (30—80 см). По химическому составу солей почвы классифицируются исходя из преобладающих анионов (например, хлоридные, сульфатные). § 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве Правообладатель Народная асвета 58 Глава 1. Организм и среда Причиной засоления почв может быть неправильный режим орошения пахотных земель в зоне засушливого климата. Адаптации организмов к жизни в почвенной среде. В почве обитает множество видов микроорганизмов, растительных и животных организ- мов. Почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы, протисты) участвуют в почвообразовании, разлагая растительные и животные остатки. В жизни растений почва выполняет функции закрепления, водоснаб- жения, источника минерального питания. Концентрирование минераль- ных веществ в почве привело к развитию у растений корневой системы и проводящих тканей. Недостаток воды угнетает рост растений. Причиной нехватки воды может быть недостаточное количество осадков (физиче- ская сухость, адаптации описаны в § 7) или недоступность имеющей- ся воды (физиологическая сухость). Физиологически сухими являются сильнозасоленные почвы. Растения, произрастающие на таких почвах, способны выделять избыток солей через листья или накапливать их. Животные, обитающие в почве, имеют относительно небольшие раз- меры тела (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви, клещи, медведки, нематоды, кроты, землеройки). Для них характерны разные способы передвижения в почве. Это может быть рытье ходов и нор, как у медведки и крота (рис. 20). Дождевые черви могут раздвигать почвен- ные частицы и прокладывать ходы. Личинки насекомых способны ползать среди почвенных частиц. В связи с этим в процессе эволюции у животных выработались со- ответствующие адаптации. У землероющих организмов появились ко- пательные конечности. У кольчатых червей имеется гидростатический скелет, а у насекомых и многоножек — коготки. Почвенные животные имеют компактное тело округлой, червеобразной формы, способное к из- менению толщины, с ненамокающими покровами или покрытое слизью. Жизнь в почве как среде жизни привела к атрофии или недоразвитию Медведка Крот Дождевой червь Рис. 20. Обитатели почвы Правообладатель Народная асвета 59 § 13. Живой организм как среда жизни. Адаптации к жизни в другом организме органов зрения. У крота крошечные, недоразвитые глаза часто скрыты под складкой кожи. Для облегчения перемещения в узких почвенных ходах шерсть у кротов приобрела способность укладываться в двух на- правлениях. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия — поедание отмерших гниющих остатков других животных и растений и разложение их до минеральных веществ, благодаря чему происходит возобновление плодородия почвы. Повторим главное. Почва как среда жизни имеет высокую плот- ность, особый гидротермический режим, аэрацию, реакцию среды и засоленность. У растений и животных к жизни в почвенной среде выработались разнообразные адаптации. Для растений почва являет- ся источником воды и минеральных веществ, которые они добывают с помощью корневой системы. У почвенных животных тело обычно округлой, червеобразной формы, способно к изменению толщины, имеет ненамокающие покровы или покрыто слизью. Появились ко- пательные конечности, гидроскелет, редуцировались глаза. Ключевые вопросы. 1. Перечислите особенности почвы как среды жизни. 2. Охаракте- ризуйте типы почвенной влаги и их значение для организмов. 3. Назовите типы почв в зависимости от значения рН почвенного раствора. Сложные вопросы. 1. Почему после обильного дождя на поверхности почвы можно увидеть много дождевых червей? 2. Объясните, почему повышение влажности почвы снижает скорость ее прогревания и аэрацию, а снижение влажности — наоборот. § 13. Живой организм как среда жизни. Адаптации к жизни в другом организме Вспомните, где могут существовать организмы, кроме водной, наземно-воздушной и почвенной сред жизни. Как вы думаете? Какие приспособления должны быть у организма, чтобы существовать в другом организме? Вы узнаете об особенностях адаптаций паразитов к жизни в организме хозяина. Характерные особенности организма как среды жизни. Относитель- ное постоянство внутренней среды одного организма — хозяина — дает возможность другому организму — сожителю — использовать тело Проверим знания Правообладатель Народная асвета 60 Глава 1. Организм и среда в качестве среды жизни. Хозяин — организм, являющийся средой жизни для других организмов. Сожитель — организм, поселяющий- ся на поверхности или внутри тела другого организма. Сожитель мо- жет быть для хозяина нейтральным (мальки рыб в кишечной полости морских кишечнополостных животных). Он может приносить хозяину пользу, снабжая питательными веществами (азотфиксирующие клубень- ковые бактерии и бобовые растения). Но он может причинять хозяину вред, используя его питательные вещества (аскарида человеческая и человек). Сожителей больше всего среди микроорганизмов (все вирусы, неко- торые представители бактерий и грибов), протистов (дизентерийная аме- ба, трихомонада) и многоклеточных организмов, имеющих упрощенное строение (плоские и круглые черви, некоторые насекомые). Наиболее часто в природе встречаются взаимоотношения, когда со- житель живет за счет хозяина и угнетает его жизнедеятельность. Эти взаимоотношения называются паразитизмом (от греч. paraЂsitos — на- хлебник), а сожители — паразитами. Ученый-зоолог Е. Н. П а в л о в - с к и й дал им следующее определение: «Паразитами называют живот- ных, которые живут за счет особей другого вида, будучи тесно связаны с ними в своем жизненном цикле на большем или меньшем его про- тяжении». Во внутренней среде хозяина паразит получает ряд преимуществ: 1) обилие легкодоступной для усвоения пищи, не требующей пере- стройки процессов пищеварения. Например, клеточный сок растений, кровь животных, содержимое их пищеварительного тракта, уже подвер- гнутое ферментативной обработке; 2) защищенность от непосредственного воздействия абиотических и биотических факторов внешней среды. Все взаимодействия со сложными и изменяющимися окружающими условиями и врагами берет на себя организм хозяина; 3) относительная стабильность условий существования. Внутренняя среда организма по ряду физико-химических факторов имеет высокую степень постоянства. В то же время организм как среда жизни создает для паразитов не- которые экологические трудности: 1) ограниченность среды во времени и пространстве; 2) трудность распространения от одной особи хозяина к другой; 3) сложности в обеспечении кислородом; 4) защитные реакции организма хозяина. Правообладатель Народная асвета 61 Как преимущества, так и экологические трудности жизни в другом организме явились причиной формирования у паразитов разнообразных адаптаций, которые позволяют паразитам эффективно размножаться и процветать. Адаптации к жизни в другом организме. Паразиты могут поселять- ся на поверхности тела хозяина (эктопаразиты — вши, блохи, клещи, клопы) или внутри него (эндопаразиты — малярийный плазмодий, аскарида, власоглав, бычий цепень). У эктопаразитов большая часть тела находится вне хозяина (в контакте с окружающей средой) и лишь органы питания внедряются в его живые ткани. У эндопаразитов в про- цессе эволюции выработался ряд приспособлений к жизни в теле другого организма. 1. Малые размеры тела. Ограниченность размеров среды обитания паразитов компенсируется малыми размерами тела. Паразит всегда мень- ше хозяина (аскарида и человек; печеночный сосальщик и корова; трихо- монада и человек). Исключение составляет бычий цепень, длина которого составляет от 4 до 10 м, а основным хозяином является человек. Малые размеры тела паразита позволяют ему поселиться в организме хозяина и питаться за его счет, не вызывая быстрой гибели. 2. Упрощение внешнего и внутреннего строения. Так как условия обитания паразитов постоянны и оптимальны, у них нет необходимости иметь сложное строение и вырабатывать сложные механизмы адаптации. В связи с этим происходит упрощение или редукция отдельных систем органов. Ограниченность размеров среды обитания паразитов явилась причи- ной упрощения их внешнего строения. Например, у паразитических чер- вей отсутствуют органы передвижения. Они малоподвижны. У отдельных представителей имеются лишь органы фиксации, позволяющие им за- крепиться в организме хозяина (крючки, присоски). Обилие легкодоступной пищи привело у паразитов к упрощению системы пищеварения. Например, у печеночного сосальщика пищева- рительная система упрощена, а у ленточных червей и вовсе утрачена. Всасывание питательных веществ у последних происходит всей поверх- ностью тела. У паразитических растений питание соками хозяина привело к ре- дукции системы фотосинтеза и утрате хлорофилла. Среди растений встречаются полные паразиты и полупаразиты. Паразиты не содержат хлорофилл, например повилика, заразиха, раффлезия, Петров крест. § 13. Живой организм как среда жизни. Адаптации к жизни в другом организме Правообладатель Народная асвета 62 Глава 1. Организм и среда Полупаразиты (омела) имеют хлоропласты и берут от растения-хозяина толь- ко минеральные вещества и воду (рис. 21). Сложности в обеспечении кислородом привели у паразитов к редукции дыхательной системы и переходу к анаэробному дыханию. Так как их энергетические затраты невелики, а запасы пищи неиссякаемы, то такой способ дыхания оправдан. В отличие от свободноживущих организмов, взаимодействующих с окружающей средой, паразиты переложили тяжесть регуляции от- ношений со средой на хозяина. Это привело к упрощению строения их нервной системы и редукции органов чувств. Отпала и необходимость выработки приспособлений для активной и пассивной защиты от врагов. 3. Защитные покровы тела. Большинство паразитов обитает в пи- щеварительном тракте и подвержено воздействию ферментов пищева- рительных соков. Для защиты от переваривания у них сформировались Повилика Заразиха Раффлезия Петров крест Омела Рис. 21. Растения-паразиты и полупаразиты Правообладатель Народная асвета 63 специфические покровы тела. Например, у сосальщиков тело покрыто слоем слизи, а у аскариды человеческой на поверхности тела имеется многослойная кутикула. 4. Высокая плодовитость. Трудности в распространении у паразитов компенсируются повышением способности к размножению. Высокая пло- довитость у паразитов получила название «закона большого числа яиц». Прогрессивное развитие половой системы обеспечивает высокие репро- дуктивные возможности вида. Этому также способствуют партеногенез (размножение без оплодотворения), чередование полового и бесполого по- колений. Возникновение гермафродитизма (совмещение в одном организ- ме мужской и женской половых систем) является своего рода двойной гарантией успешного оплодотворения и получения потомства. Защита оплодотворенных яиц многослойными оболочками и обеспече- ние зародыша питанием повышают выживаемость потомства. Развитие при- способлений для выхода личинок из яйца и тела хозяина во внешнюю среду и их проникновение в организм нового хозяина способствуют расселению. 5. Смена хозяев в жизненном цикле.У паразитов, как правило,в жизненном цикле наблюдается смена хозяев. В основном хозяине живет половозрелая особь, а в промежуточном — личиночная стадия. Например, личинки бычьего цепня развиваются в теле коровы, а взрослые особи паразитируют в теле человека. Благодаря этому не допускается скоп- ление в одном организме-хозяине большого количества паразитов, что могло бы привести к быстрой гибели хозяина, а также отсутствует кон- куренция между личинками паразита и взрослой особью, что повышает их жизнеспособность. Повторим главное. Взаимоотношения, когда один организм (па- разит) живет за счет другого (хозяина), называются паразитизмом. Паразит, использующий хозяина как среду жизни, получает ряд преимуществ, но при этом испытывает определенные экологические трудности. Основные адаптации к паразитизму: малые размеры тела, упрощение внешнего и внутреннего строения, защитные покровы тела, высокая плодовитость, смена хозяев в жизненном цикле. Ключевые вопросы. 1. Какие взаимоотношения между организмами называются па- разитизмом? 2. Перечислите преимущества организма как среды жизни по сравнению с другими средами жизни. 3. За счет каких особенностей размножения паразитов достигается их высокая плодовитость? Проверим знания § 13. Живой организм как среда жизни. Адаптации к жизни в другом организме Правообладатель Народная асвета 64 Глава 1. Организм и среда Сложные вопросы. 1. Для каждой группы паразитов укажите их представителей. Груп- пы паразитов: 1 — паразиты растений; 2 — паразиты животных. Представители: пови- лика, власоглав, бычий цепень, заразиха, раффлезия, аскарида, Петров крест, малярий- ный плазмодий. 2. Всегда ли организм, живущий в другом организме, негативно влияет на его жизнедеятельность? Приведите примеры и дайте аргументированный ответ. Изучив главу «Организм и среда», вы узнали, что у живых организ- мов имеются общие свойства: единство химического состава, клеточное строение, обмен веществ и энергии, саморегуляция, размножение, рост и развитие. Среда обитания любого организма включает экологические факторы. По природе происхождения экологические факторы разделяют на: абио- тические (климатические, эдафические, орографические, физические), биотические (внутривидовые, межвидовые) и антропогенные (прямые, косвенные). Организмы по отношению к различным экологическим фак- торам имеют определенные пределы выносливости, ограниченные эко- логическим минимумом и экологическим максимумом. В пределах вы- носливости выделяют зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности и пессимума. В зависимости от пределов выносливости организмы делят на стенобионты и эврибионты. Жизнедеятельность организма определяет экологический фактор, ко- торый наиболее отклонился от своего оптимального значения по сравне- нию с другими факторами среды, — лимитирующий фактор. Изменяя силу этого фактора, можно управлять жизнедеятельностью организмов в природе и хозяйстве. По отношению к экологическим факторам среды (свету, температуре и влажности) у организмов выработались разнообраз- ные адаптации. По характеру адаптаций к определенному экологическо- му фактору организмы разделяют на экологические группы. Часть природы с особым комплексом факторов, для существования в которой у разных систематических групп организмов сформировались сходные адаптации, называют средой жизни. На планете Земля выделяют четыре основные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и другой организм. В водной среде лимитирующим фактором является кис- лород, в наземно-воздушной среде — влажность. Почва как среда жизни имеет высокую плотность, особый гидротермический режим и аэрацию. Взаимоотношения, когда один организм живет за счет другого и угнетает его жизнедеятельность, называются паразитизмом. ПОДВЕДЕМ ИТОГИ Правообладатель Народная асвета Вы узнаете: об адаптации человека к температурным изменениям; об основных инфекционных заболеваниях и их профилактике; о ядовитых грибах, растениях, животных и мерах профилактики отравлений при контакте с ними; о целительных свойствах растений; о влиянии антропогенного загрязнения окружающей среды на здоровье чело- века; о компонентах пищи и их функциях в организме человека; об основных пищевых добавках и их роли в питании человека; о сертификации, хранении и транспортировке пищевой продукции. Вы научитесь: характеризовать взаимосвязь организма человека с окружающей средой, за- висимость его здоровья от состояния окружающей среды; применять и обосновывать меры профилактики инфекционных заболеваний; описывать последствия загрязнения окружающей среды бытовыми и промыш- ленными отходами, ядохимикатами, тяжелыми металлами; обосновывать меры по уменьшению загрязнения окружающей среды бытовыми отходами; использовать знания об экологических факторах для предотвращения или уменьшения эффекта неблагоприятных воздействий факторов среды на орга- низм человека и его здоровье. В данной главе вы изучите механизм адаптации человека к темпера- турным колебаниям окружающей среды. Приобретете знания о причинах, симптомах и профилактике инфекционных заболеваний. Познакомитесь с ядовитыми грибами, растениями и животными, а также с лекарствен- ными растениями. Изучите вопрос о химических веществах, загрязняющих окружаю- щую среду и вызывающих заболевания человека. Узнаете об особенностях отрицательного воздействия на человеческий организм электромагнитно- го излучения, шума и вибрации. Человек в окружающей среде Глава 2 Правообладатель Народная асвета 66 Глава 2. Человек в окружающей среде Завершается глава рассмотрением вопросов о питании как основной биологической потребности человека. Вы узнаете об основных компонен- тах пищи, о том, для чего нужны пищевые добавки, как осуществляется контроль за качеством пищевой продукции и каковы правила ее транс- портировки и хранения. |