биология. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько
 Скачать 184.58 Kb.
|
|
лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве суммарных годовых осадков их неравномерное распределение может приводить к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезонную активность при практически постоянной в течение года температуре. Влажность воздушной среды измеряется обычно в показателях относительной влажности (процентное отношение реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре). Величина влажности влияет на температурные эффекты: понижение влажности ниже определенного предела при данной температуре ведет к иссушающему воздействию воздуха. Иссушающее действие воздуха наиболее важно для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду из почвы при помощи корневой системы. Иссушение почвы затрудняет всасывание. Растения адаптируются к иссушению почвы за счет увеличения всасывающей силы и активной поверхности корневой системы. Вода расходуется на фотосинтез, около 0,5% воды всасывается клетками, а 97 99% ее расходуется на транспирацию испарение воды через листву. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации. Основной формой адаптации растений к иссушению почвы является не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп, например: гигрофиты– наземные растения, живущие в очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис), мезофиты – растения, способные переносить незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав и др.), ксерофиты – растения сухих степей и пустынь. Ксерофиты, в свою очередь, подразделяются на суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (алоэ, кактусы), и склерофиты – растения, обладающие высокой всасывающей способностью корневой системы и способные снижать транспирацию за счет узких мелких листьев. Среди суккулентов наблюдается явление конвергенции – растения, относящиеся к разным видам, имеют практически одинаковую форму: африканский молочай и кактус имеют шарообразную форму, обеспечивающую минимальную поверхность испарения. Среди животных по отношению к воде выделяют свои экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), мезофилы – промежуточная группа и ксерофилы (сухолюбивые). Способы регуляции водного баланса у животных делятся на поведенческие, морфологические и физиологические. К поведенческим способам относятся миграция в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни и др. К морфологическим способам адаптации – приспособления, задерживающие воду в организме: раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий и др. Физиологические приспособления обеспечивают образование метаболической воды, являющейся результатом обмена веществ и позволяющей организму обходиться без питьевой воды. Последний способ адаптации используется такими животными, как верблюды, овцы, собаки, которые выдерживают потери воды в существенных количествах (верблюды – до 27%). Человек погибает уже при 10%-ой потере воды. Пойкилотермные животные лучше выносят потерю воды, так как им не приходится использовать воду для охлаждения организма, как гомойотермным. 40. Действие экологических факторов на организмы. Любой организм в природе испытывает на себе воздействие самых разнообразных компонентов внешней среды. Любые свойства или компоненты окружающей среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Классификация экологических факторов. Факторы среды (экологические факторы) разнообразны, имеют разную природу и специфику действия. Выделяют следующие группы экологических факторов: 1. Абиотические (факторы неживой природы): а) климатические - условия освещенности, температурный режим и т. п.; б) эдафические (местные) - водоснабжение, тип почвы, рельеф местности; в) орографические - воздушные (ветер) и водные течения. 2. Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга: Растения Растения. Растения Животные. Растения Грибы. Растения Микроорганизмы. Животные Животные. Животные Грибы. Животные Микроорганизмы. Грибы Грибы. Грибы Микроорганизмы. Микроорганизмы Микроорганизмы. 3. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов или непосредственно сказывающиеся на их жизни. Воздействие этой группы экологических факторов стремительно возрастает из года в год. Виды воздействия экологических факторов на организмы. Экологические факторы оказывают на живые организмы воздействия разного рода. Они могут являться: - раздражителями, которые способствуют появлению приспособительных (адаптивных) физиологических и биохимических изменений (зимняя спячка, фотопериодизм); - ограничителями, изменяющими географическое распространение организмов из-за невозможности существования в данных условиях; - модификаторами, которые вызывают морфологические и анатомические изменения организмов; - сигналами, свидетельствующими об изменениях других факторов среды. Общие закономерности действия экологических факторов: В связи с чрезвычайным разнообразием экологических факторов различные виды организмов, испытывая их влияние, отвечают на него по-разному, тем не менее, можно выявить ряд общих законов (закономерностей) действия экологических факторов. Остановимся на некоторых из них. 1. Закон оптимума 2. Закон экологической индивидуальности видов 3. Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора 4. Закон неоднозначного действия 42. Понятие о популяции в экологии. Показатели жизнеспособности популяции. Структура популяций. Основными количественными характеристиками популяции являются: плотность, численность, рождаемость, смертность, возрастной состав, характер распределенияв пределах территории, темп роста. При этом выделяют 2 группы показателей – статические и динамические (эмерджентные). Состояние популяции в данный момент времени характеризуют статические показатели. К ним относятся численность, плотность и показатели структуры. 1. Численность популяции (Ч) – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. В природе определить численность большинства популяций практически невозможно: например, невозможно пересчитать все сосны в большом лесном массиве; невозможно пересчитать всех карасей в озере и т.д. В таких случаях показатель численности заменяются другим показателем – плотностью. 2. Плотность популяции (П) – это численность популяции, отнесенная к единице занимаемого ею пространства или среднее число особей на единицу площади или объема (П=Ч/S (V)). При определении плотности подсчитывают особи изучаемого вида на нескольких пробных площадках заданного размера, на маршрутах определенной протяженности, в пробах воды определенного объема. Зная плотность популяции и площадь или объем, который она населяет, можно оценить и общую численность. Численность зависит от соотношения в популяции рождаемости, смертности, интенсивности эмиграции и иммиграции. 3. Рождаемость (Р) – количество особей (яиц, семян и т.д.), производимых одной самкой в единицу времени (число рождений в единицу времени). Для человека рождаемость – количество родившихся на 1000 населения в год. Существует понятие максимальная рождаемость (абсолютная, физиологическая) – максимально возможное количество особей, производимых в идеальных условиях. Это постоянная величина для каждого вида. Реальная рождаемость зависит от величины популяции, ее структурных особенностей, условий среды. Повозрастная рождаемость –рождаемость в разных возрастных группах. 4. Смертность (С) – количество особей, умирающих в единицу времени в расчете на особь в популяции (Число смертей в единицу времени). 5. Выживаемость (С/Р) – средняя для популяции вероятность сохранения особей каждого поколения за определенный промежуток времени. 6.Иммиграция и эмиграция– вселение или выселение особей в единицу времени на особь популяции. Размеры популяции возрастают за счет иммиграции из соседних популяций и за счет размножения особей. Уменьшение размеров популяции происходит в результате смертности и эмиграции особей. Рождаемость, смертность и скорость роста популяции относятся к динамическим (эмерджентным) показателям. III. Структуры популяции: Понятие включает количественное соотношение разных групп особей в популяции (возрастных, половых, размерных, генетических и др.) Половая структура – это соотношение численности особей противоположных полов в популяции. При этом различают следующие типы соотношения полов: а) первичное соотношение − обусловлено генетическими факторами. В генетическом коде каждого биологического вида заложена информация о том, сколько особей того или иного пола должно рождаться в популяции. б) вторичное соотношение − возникает в момент рождения особей. Как правило, в популяции не все зародыши доживают до момента рождения, часть из них по тем или иным причинам гибнет еще в утробе матери, в яйце т.д. в зависимости от особенностей онтогенеза данного биологического вида. в) третичное соотношение – складывается в процессе жизни популяции. Как правило, в популяции смертность мужских особей отличается от смертности женских особей.Это приводит к постепенному изменению соотношения численностей противоположных полов. 2. Возрастная структура – это величина, характеризующая распределение особей в популяции по возрастным группам. В каждой популяции можно выделить три возрастные экологические группы (фазы): 1) предрепродуктивную – к ней относятся периоды младенчества и юности; 2) репродуктивную –в этой группе происходит наиболее активное размножение особей в популяции; 3) пострепродуктивную – это этапы, связанные со старением особей и утратой способности к размножению. Длительность этих возрастных фаз варьирует у разных организмов. Наибольшее значение для большинства популяций имеют первые два периода жизни особей. Третий период значим главным образом в популяциях крупных млекопитающих и для человека, так как связан с передачей накопленной информации молодому поколению и с заботой о потомстве. Возрастная структура популяции определяет направление изменения ее численности. По характеру изменения численности популяции разделяются на три группы: 1) стабильные (очень редки) – соотношение молодых особей и особей репродуктивного возраста составляет 1:1; 2) растущие (инвазионные) – доминируют интенсивно размножающиеся молодые особи, что свидетельствует о благоприятных условиях жизни популяции; 3) сокращающиеся (регрессивные) – преобладают старые особи, неспособные интенсивно размножаться (реликтовые растения и животные), такая возрастная структура свидетельствует о неблагоприятных условиях (рис. 1). 3. Пространственная структура – это особенности распределения особей, в пределах ареала занимаемого популяцией. Распределение может быть: 1) случайным, 2) равномерным, 3) групповым. Случайный тип− распределение наблюдается тогда, когда среда очень однородна и благоприятна, а организмы не стремятся объединиться в группы. Равномерный тип (диффузный) в природе встречается довольно редко. Особи при этом типе распределения располагаются на равных расстояниях друг от друга. Такая ситуация складывается в условиях острой конкуренции за какой-либо ресурс. Групповой тип (мозаичный) распределения встречается в природе очень часто. Группы могут образовываться по разным причинам: неоднородность среды, конкурентные отношения с другими видами, благоприятное влияние особей своего вида, особенности размножения. Этологическая (поведенческая) структура – представляет собой тип отношений между особями животных. По форме совместного существования выделяют одиночный образ жизни – характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла, полностью одиночного существования организмов в природе нет, так как было бы невозможно размножение (ежи, щуки и др.). Семейный образ жизни (семья) – репродуктивная группа особей одного вида, проживающая совместно в целях облегчения своего существования и воспитания потомства (львы, медведи, лиса и др.). Стая– временное объединение животных, которые проявляют биологически полезную организованность действий (волки, сельди и др.), стадо –более постоянное, чем стая объединение животных, в котором проявляется иерархия между особями, и отношения строятся по типу «доминирование – подчинение» (олени, зебры и др.), колония – постоянное, или на период размножения временное, скопление животных на сравнительно ограниченной территории (птицы, пчелы). 43. Закон оптимума и ограничивающего фактора.
В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются по отношению к организмам в значительной мере универсальным (общими). К таким закономерностям относятся закон оптимума, закон взаимодействия факторов, закон лимитирующих факторов и некоторые другие. Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения –зоны пессимума –это условия при которых жизнедеятельность организма максимального угнетается, но он еще может существовать, как показано на рис. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменениям фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы, для выживания. Такие условия называют экстремальными. К зоне оптимума обычно приурочена максимальное количество видов и плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковые. Для одних они имеют значительный диапазон. Закон минимума Либиха. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-нибудь другие факторы, а их определенный режим. Реакция организма зависит от количества (дозы) фактора. Кроме того, живой организм в природных условиях подвергается воздействию многих экологических факторов (как абиотических, так и биотических) одновременно. Растения нуждаются в значительных количествах влаги и питательных веществ (азот, фосфор, калий) и одновременно в относительно «ничтожных» количествах таких элементов, как бор и молибден. Любой вид животного или растения обладает четкой избирательностью к составу пищи: каждому растению необходимы определенные минеральные элементы. Любой вид животного по-своему требователен к качеству пищи. Для того чтобы нормально существовать, развиваться, организм должен иметь весь набор необходимых факторов в оптимальных режимах и достаточных количествах. Тот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро-, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату — замедлению роста, обнаружен и изучен одним из основоположников агрохимии немецким химиком Юстасом фон Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего. Закон минимума Либиха в настоящее время называется законом ограничивающего лимитирующего фактора: в комплексе экологических факторов сильнее действует тот, который наиболее близок к пределу выносливости. Закон минимума справедлив как для растений, так и для животных, включая человека, которому в определенных ситуациях приходится употреблять минеральную воду или витамины для компенсации недостатка каких-либо элементов в организме. 44. Среда обитания, ареалы и экологические ниши. Живущие на Земле организмы очень разнообразны. Это разнообразие поддерживается изменчивостью физических условий, как в пространстве, так и во времени. Организмы распределены по своим местообитаниям не случайно. Каждый вид занимает то место, которое обусловлено его требованиями к пище, территории, воспроизводству и другими функциями организма. Совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе называется экологической нишей данного организма. Как бы ни были близки два вида организмов, они всегда занимают разные экологические ниши, (рис. 1.5). Справедливо также то, что один и тот же вид может занимать различные ниши в разных местообитаниях или географических районах. Можно дать такое определение: экологическая ниша- это место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе. Экологи часто пользуются терминами "местообитание" или "среда обитания" для обозначения места, где живет тот или иной вид, а термин "экологическая ниша" включает в себя ту роль, которую играет данный вид в среде обитания. Лучшие определения экологической ниши и среды дали Виберт и Лаглер: «Среда – это адрес, по которому проживает данный организм, тогда как ниша дополнительно указывает на его занятие, его профессию» [7]. Живые организмы в природе существуют в виде популяций, под которой понимают группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование в определенном местообитании. Популяции состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой различными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое состояние в данной природной среде. Каждой популяции свойственны колебания численности и структура (возрастная, сексуальная, пространственная), зависящие от экологической ниши и факторов среды. Воздействуя на последние, человек может привести к исчезновению популяций. В естественных условиях численность и плотность (численность, отнесенная к единице площади или объема) популяции не случайны, они определяются регулирующими (ограничивающими) экологическими факторами. Рост популяции возможен только до предела, допускаемого емкостью экологической ниши. Совокупность факторов, препятствующих неограниченному росту популяции, называется сопротивлением среды. Численность популяций меняется под влиянием орегулирующих факторов среды. |