Водне середовище існування і його чинники

Кліматичні

Світло — це важливий фактор середовища, який визначає біологічні ритми (добові, місячні, річні) у житті більшості тварин та здатність їх орієнтації у просторі. Джерелами світла на Землі є Сонце, Місяць, зірки і біолюмінесценція. Важливим аспектом світла, як екологічного фактору, є його інтенсивність та спектр, як у видимому, так і в ультрафіолетовому, й інфрачервоному діапазонах довжин хвилі.

Світло є основним джерелом енергії, яка засвоюється рослинами у вигляді хімічних зв'язків у цукрах, а ті з рослинною біомасою є їжею для тварин. Сонячна енергія, яку зелені рослини поглинають і використовують у процесі фотосинтезу, називається фізіологічно-активною радіацією (ФАР). Це промені з довжиною хвилі 0,4…071 мкм, проте рослина поглинає енергію в цих межах неоднаково. До того ж, в житті рослини поза якістю світлових променів велике значення має кількість світла, тобто інтенсивність освітлення, яка буває неоднаковою в різні місяці вегетаційного періоду і залежить також від широти місцевості. Рослини на нашій планеті ростуть у різних світлових умовах: від надмірно освітлених гір, пустель, степів до напівтемних печер та морських глибин. Тому в рослин у процесі природного добору виникли численні пристосування до життя відповідно до того чи іншого світлового режиму. За відношенням до світла рослини поділяються на три основні групи: світлолюбні, або геліофіти (гр. helios — сонце і phyton - рослина), тінелюбні, або сциофіти (гр. skia — тінь і phyton - рослина), та тіневитривалі.

Світло впливає на біологічні ритми тварин, у зв'язку із адаптацією тварин до природних джерел світла на поверхні планети. Добові зміни освітленості відзначаються високою регулярністю, оскільки відбуваються завдяки астрономічним процесам — обертання Землі довкола своєї осі, і спричинюють добові зміни активності поведінки тварин. Так само річні зміни освітленості зумовлені кутом нахилу планети до своєї осі, і зумовлюють виникнення річних біоритмів у тварин. Місячні біоритми тварин зумовлені циклічністю зміни фаз Місяця, а відповідно й наростання чи спадання рівня нічної освітленості. Сприйняття тваринами спектральних відмінностей світла називається зором, який може бути монохромним або чорно-білим (наприклад, деякі черви, двостулкові й черевоногі молюски), дихромним або двоколірним — сприймається синє та червоне (наприклад, більшість ссавців), трихромним або триколірним — сприймається синє, жовте і червоне (наприклад, примати і людина) та тетрахромним або чотириколірним — сприймається ультрафіолетове, синє, жовте і червоне (наприклад, більшість комах, птахи, плазуни, риби, головоногі молюски та ін.). Деякі тварини (наприклад, гримучі змії, комарі) сприймають ще й інфрачервоне випромінювання, яке вже є теплом, або тепловим випромінюванням.

Температура є надзвичайно важливим екологічним фактором, і в першу чергу, через її вплив на швидкість хімічних реакцій у широкому розумінні цього слова.

За відношенням до температури виділяють дві екологічні групи рослин: теплолюбні — термофіли (гр. thermos — теплий і philos — люблю);холодолюбні — психрофіли (гр. psychros — холодний і philos). Теплолюбними називають рослини, що добре ростуть і розвиваються в областях тропічного, субтропічного та помірного поясів в умовах високих температур. До холодолюбних належать види, що живуть у полярних і високогірних областях, або ті, що займають холодні екологічні ніші.

Більшість термофільних рослин в умовах тропічного і субтропічного клімату здатні перенести дуже високу температуру. Окремі частини рослини можуть нагріватися до +60…+65°С (інколи протягом тривалого періоду), наприклад, наскальні лишайники. Найвища температура, при якій знайдено живі синьо-зелені водорості в термальних водах, +85 °C, бактерії +88 °C. Вищі рослини в термальних водах відсутні. В природі ж уже при 40 °C більшість видів виявляють ознаки пригніченості.

Рослини здатні витримувати і гранично низькі температури до?80 °C (водорості в товщі льоду в Антарктиді), в районах, де живуть вищі рослини, відмічена температура 65 °C (Якутія) — модринові ліси.

Для тваринних організмів температурний фактор визначає швидкість протікання біохімічних реакцій та активності ферментів, а відповідно й активності усього організму, особливо в пойкілотермних видів. Температура тіла останніх залежить від температури середовища і чим вища температура середовища, тим активнішими будуть пойкілотермні організми. Проте, зростання температури середовища може призвести до перегріву організму й загибелі тварини, тому нас цікавитимуть три основні аспекти температури як екологічного фактору: загрозливо низькі температури, загрозливо високі та проміжні. Якщо перші два інтервали температур, здебільшого, спричинюють смерть, то проміжне між ними значення вміщує зону оптимуму (закон оптимуму або толерантності Шелфорда), в межах якої при зростання температури на 10оС, у пойкілотермних тварин, швидкість метаболізму зростає у 2,5 рази. Окрім того температура може виступати як імпульсний або стимулюючий фактор — в розвитку багатьох видів комах помірної або полярної кліматичних зон, змінна температура спричинює прискорення розвитку ембріону, личинки чи німфи, тоді як постійна спричинює сповільнення цих процесів.

Вода — це один із трьох найважливіших, найсильніших абіотичних екологічних факторів суходолу, що мають визначальний вплив на живі організми. Вода є основою внутрішнього середовища усіх клітинних живих організмів, виступає універсальним розчинником і середовищем протікання біохімічних реакцій. Вода, як екологічний фактор, виступає в ролі зовнішнього середовища, питної води та вологості повітря. Для водних організмів вода виступає також і зовнішнім — оточуючим середовищем, з яким вони вступають у водо-, газо- та сольовий обміни. Суходільні організми потребують постійного надходження води ззовні, тому вони розвинули низку пристосувань для використання, економії та поповнення води у своєму внутрішньому середовищі. Вологість повітря має визначальне значення для життєдіяльності та поширення живих істот, і визначається абсолютним і відносним її показниками. Абсолютна вологість повітря — це кількість водяної пари в 1 м3 повітря. Відносна вологість повітря — це співвідношення абсолютної та максимально можливої за конкретної температури повітря.

Важливим фактором водного середовища є її хімічний склад, а насамперед її солоність. Відповідно водне середовище поділяють на прісне (ріки, озера, ставки тощо), солонувате (гирла річок, опріснені морські акваторії та ін.) та солоне (морські басейни, океан, солоні озера тощо). Солоність води визначається в проміле (‰) — це одиниця маси солі розчинена в одиниці об'єму води (1‰ = 1г (NaCl)/1л (H2O)). Середня солоність Світового Океану становить 3,5‰. Відповідно організми поділяють на прісноводні та морські або солоноводні, окрім них також є прохідні — це такі організми (виключно тварини), які частину життєвого циклу проводять у прісних водоймах, а іншу — у солоних, причому для розмноження повертаються у прісні водойми або морські.

Повітря як кліматичний фактор постійно впливає на рослини. Цей вплив викликаний рухом повітря (вітром). Крім того, повітря є одним із джерел живлення рослин. Повітряне живлення зеленої рослини — фотосинтез — тісно пов'язане з використанням вуглецю. Майже половина сухої маси рослини припадає на вуглець, засвоєний нею з повітря.

Хімічний склад повітря в різних зонах земної кулі досить одноманітний. Його основні складові частини — азот (78,08%), кисень (20.95%), аргон (0,93%), і оксид вуглецю (IV) (0,03%). Зустрічаються також у невеликій кількості й інші гази. Екологічно важливим для рослин є наявність чистого повітря без різних домішок, багато з яких згубно впливають на рослину. Це оксид сірки (IV), вихлопні гази, різні оксиди, похідні ацетилену, свинцеві сполуки тощо.

Певну роль у житті рослин відіграє також рух повітря. Вплив вітру може бути прямим і непрямим. Прямий вплив багатогранний, це перш за все механічна дія: вітролом, пошкодження дерев і кущів. Формотворча роль вітру помітна на багатьох рослинах відкритих місць — тундр, степів, напівпустель, пустель (прапороподібні, сланкі і карликові форми тощо). При побічному впливі змінюється обстановка для зростання рослин: видування ґрунту, оголення коренів, засипання рослин піском, снігові заноси, висушування надземної частини, температурні перепади, зниження фотосинтезу тощо.

Позитивний вплив вітру в житті рослин виявляється в перехресному запиленні великої групи анемогамних рослин, до якої належить понад 10% усіх голонасінних та покритонасінних рослин. Насамперед це дерева (сосна, дуб, ялина, ліщина, тис та ін.), майже всі злакові, осоки, хміль, коноплі, рослини тундри і високогірних поясів, де немає комах. Насіння та плоди рослин також переносяться на великі відстані (до 40 км) за допомогою вітру.

Едафічні фактори

Ґрунт є одним із компонентів наземних екосистем і природною основою їх функціонування, а рослинність — важливим фактором ґрунтоутворення, проте ґрунт визначає досить часто тип рослинності. Всі рослини залежно від наявності в ґрунтах поживних речовин ділять на три групи: еутрофи, мезотрофи і оліготрофи.

Орографічні фактори

Рельєф не здійснює прямого впливу на життя рослин, проте впливає на ґрунтотворення, а характер рельєфу, місцеположення в ньому рослин або рослинного угруповання значно впливає на життя рослин, регулює їх співвідношення і дію прямих екологічних факторів. Із зміною рельєфу змінюються кліматичні і ґрунтові умови. Таким чином, за рахунок рельєфу збільшується різноманітність умов зростання і відповідно урізноманітнюється флористичний склад. Залежно від величини форм рельєфу виділяють три категорії: макрорельєф (гори, низовини, міжгірські западини), мезорельєф (пагорби, яри, гряди, степові блюдця тощо), і мікрорельєф (мілкі западини, нерівності, пристовбурові підвищення та ін.). Цей поділ умовний. Макрорельєф створює на обмеженій площі широку амплітуду висот, що, в свою чергу, викликає зміну кліматичних комплексів і відповідно до висоти змінюється і характер рослинного покриву. Характер висотної поясності залежить насамперед від положення гір у системі широтних зон, висоти гір і експозиції схилів. Мезорельєф також впливає на розподіл рослинності. Прикладом може бути заплава. Велике значення для життя рослин має експозиція схилів та їх крутизна. Відомо, що на схилах південної експозиції освітлення більш інтенсивне і температура вища, режим зволоження інший, ніж на північних. У зв'язку з неоднаковими умовами на схилах різної експозиції помітно розрізняються склад рослинності, зовнішній вигляд і стан рослин. На південних схилах вище розміщується пояс деревної рослинності. Вплив експозиції виявляється не лише в горах, а й на невеликих горбах, підвищеннях і навіть на рівнинах.

Біотичні фактори, включають в себе весь комплекс впливу на даний живий організм, який виникає в результаті співіснування цього організму з іншими тваринами і рослинами. — фітогенні — мікробіогенні — зоогенні — антропогенні

Фотоперіодизм — фізіологічна реакція організмів на добовий ритм освітлення (співвідношення довжини дня та ночі). Зустрічається у рослин і тварин. Виявляється в коливаннях інтенсивності фізіологічних процесів. Найбільшою мірою фотоперіодизм властивий зеленим рослинам, життєдіяльність яких безпосередньо залежить від світлової енергії Сонця.

Фотоперіодизм відкрито в 1920 р. американськими вченими В. Гарнером і Г. Аллардом на прикладі тютюну.

Фотоперіодизм у рослин проявляється в зміні процесів росту та розвитку. Один з основних проявів цієї реакції – фотоперіодична індукція цвітіння.

У тварин і людини фотоперіодізм виражається головним чином в коливаннях інтенсивності обміну речовин і енергії. У тварин з фотоперіодізмом зв'язані також терміни настання і припинення шлюбного періоду, плодючість, осінні і весняні ліньки, перехід до зимівлі, міграції і ін. За відношенням до світла тварини поділяються на групи в залежності від того, який спосіб життя вони ведуть: денні, нічні сутінкові.

57.СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ — сукупність умов, в яких існують організми.

наземно-повітряне середовище най­різноманітніше за своїми умовами. Провідна роль серед абіотичних факторів тут належить освітленості, температурі, вологості та газовому складу атмо­сфери.

Світло надходить до нашої планети від Сонця. У спектрі сонячного випромінювання виділяють три ділянки, які відрізняються за своєю біологічною дією на живі організми: ультрафіолетові, видимі та інфра­червоні промені. Без ньо­го існування організмів на суходолі взагалі було б неможливим.

 

У тварин світло відіграє важливу роль для орієн­тації в просторі. А реакція на тривалість світлового періоду доби дає їм змогу, як і іншим організмам, регулювати процеси життєдіяльності залежно від пори року.

Серед тварин по відношенню до світла виділяють дві групи: «нічну» (види, активні вночі) і «денну» (види, активні вдень).

Температура довкілля відіграє виняткову роль у житті організмів, оскільки впливає на температуру їхнього тіла. У свою чергу, температура тіла впли­ває на швидкість біохімічних реакцій обміну речо­вин: низькі температури їх гальмують, але занадто високі можуть змінити структуру (спричинити дена­турацію) білків, зокрема ферментів.Для більшості організмів оптимальні значення температури лежать у досить вузьких межах - від +10° С до +30° С. Але в неактивному стані живі орга­нізми можуть витримувати значно ширший діапазон температур (від -200° С до +100° С).

Зберігати активність за певного діапазону темпе­ратур дає змогу терморегуляція. Терморегуляція - здатність підтримувати постійне співвідношен­ня між утворенням тепла в організмі (тепло­продукцією) або його поглинанням із довкілля і втратами теплової енергії (тепловіддачею).

Вологість у житті орга­нізмів - вода відіграє важливу роль в забезпеченні біохімічних процесів, утворенні й підтриманні структури молекул певних сполук. Унаслідок пристосування до існування в наземно-повітряному середовищі в живих істот ви­никли адаптації до економного споживання і витра­чання води, що, у свою чергу, підтримує її вміст в організмі на відносно сталому рівні. В умовах посушливого клімату утримання вологи в тілі забезпечують покриви, які запобігають її випаровуванню (кутикула комах, лусочки плазунів тощо), а також особливі органи виділення наземних членистоногих. До того ж, тварини посушливих місць можуть змінювати періоди своєї активності: вони активніші вночі, коли повітря вологіше і прохолод­ніше, а в період тривалої посухи перебувають у неактивному стані (мал. 109). Великі тварини (анти­лопи, слони) можуть долати значні відстані в пошу­ках джерел води.

Водне середовище існування і його чинники

Пригадайте, які організми мають водне середовище життя. Які пристосування мають тварини? Як рослини пристосувалися до життя у воді?

Водне середовище існування за своїми умовами значно відрізня­ється від наземно-повітряного. Вода має високу густину, менший уміст кисню, значні перепади тиску. Крім того, різні типи водойм відріз­няються за концентрацією солей, швидкістю течій тощо. Висока питома теплоємність водойм зумовлює значно менші коливання температури у поверхневих шарах води порівняно з повітрям (річна амплітуда температур у поверхневих шарах океану не перевищує 10—15 °С, а на великих глибинах температура взагалі стала — від ~1,5 до —2 °С), але різні типи водойм значно відрізняються за температурним режимом.

Освітленість водойм швидко зменшується зі збільшенням глибини. Як правило, на глибинах понад 150—250 м Фотосинтезуючі водорості існувати не можуть. На глибину проникнення світла також впливають пора року, прозорість води тощо {демонстрування малюнків прибережних, вільноплаваючих і занурених рослин).

На глибину понад 1 500 м світло не проникає взагалі.

  58.Ґрунт - це верхній родючий шар літосфери (твердої оболонки Землі), утворений внаслідок життєдіяльності різних організмів.

 Ґрунт — це система порожнин, розміри яких залежать від діаметра механічних часток, що його складають. Ці порожнини заповнені водою або повітрям. Завдяки наявності вологи у гранті умови існування в ньому дрібних організмів наближаються до умов існування у водоймах. Вологість у нього завжди вища, ніж повітря, і тому різноманітні організми можуть легше переживати там посушливий період.

Іншою характерною рисою ґрунту як середовища існування є по­рівняно невелика амплітуда добових і річних коливань температур (на глибинах понад 2 м сезонні коливання температури майже не відчуваються). Це дає можливість наземним організмам мігрувати в товщу грунту і там переживати в активному чи неактивному стані період низьких або підвищених температур. У ґрунті є значні запаси органічних речовин, що створює кормову базу для різноманітних організмів.

 

Більшість мешканців ґрунту потребує підвищеної вологості, що пов'язано із характером живлення або особливостями будови їхніх покривів.

 

Різноманітність умов існування зумовлює багатий видовий склад мешканців ґрунту. В ґрунті розміщені кореневі системи, ризоїди, видозмінені пагони вищих рослин. На поверхні та у верхніх шарах ґрунту мешкають водорості (зелені, жовто-зелені, діатомові), гриби, лишайники, ціанобактерії.

Організм як середовище існування за своїми властивостями істотно відрізняється від інших. Так, якщо на організми, які живуть на поверхні інших істот, впливають різні чинники довкілля, то на ті, що мешкають усередині організму хазяїна, ці чинники діють лише опосередковано, В ролі хазяїв можуть бути будь-які організми — від бактерій до квіткових рослин і ссавців. Прикладами бактерій-паразитів є велика кількість хвороботворних бактерій. Рослини-паразити і напівпаразити - це омела, повитиця.

 

 

Усі живі організми значно відрізняються від навколишньої неорганічної природи за кількісним хімічним складом. Наприклад, вуглецю у рослинах міститься близько 18 %, у ґрунті — менше 1 %, а силіцію, навпаки, у рослинах — 0,15 %, а у ґрунті — 33 %. Великий вміст вуглецю в складі живих організмів пов'язаний з наявністю в них вуглецевмісних сполук, які називають органічними.

 

У деяких живих організмах нагромаджуються певні хімічні елементи. Так, у водоростях нагромаджується йод, у жовтці — літій, у болотній рясці — радій тощо.

 

Вода та інші неорганічні речовини, їхня роль у життєдіяльності клітини. Із неорганічних сполук у клітині найбільше води. Чим вища інтенсивність обміну речовин у тій чи іншій тканині, тим більше вона містить води. В ембріона людини у віці 1,5 місяця вода становить 97,5 %, у восьмимісячного — 83, у немовляти — 74, у дорослої людини в середньому 66 %. Вміст води в різних органах і тканинах людського організму також різний. Так, мозок дорослої людини містить 86 %, печінка — 70, кістки — 20 % води. З віком вміст води у тканинах зменшується. Вода виконує в клітинах багато функцій: збереження об'єму, забезпечення пружності клітин, розчинення різних хімічних речовин. Крім того, вода — це середовище, в якому відбуваються всі хімічні процеси. Вона безпосередньо бере участь в усіх хімічних реакціях. Так, розщеплення жирів, вуглеводів та інших органічних сполук відбувається в результаті хімічної взаємодії їх з водою. Завдяки високій теплоємності вода захищає цитоплазму від різких коливань температури, сприяє терморегуляції клітин і організму. Частина молекул води (~15 %) у клітинах перебуває у зв'язаному з білковими молекулами стані. Вони ізолюють білкові молекули одну від одної в колоїдних розчинах.

Загальнобіологічна суть обміну речовин як специфічної властивості живої матерії полягає в тому, що всі живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні сполуки та хімічні елементи, використовують їх у своїй життєдіяльності і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну у вигляді простіших органічних і неорганічних сполук. Обмін речовин можна схарактеризувати як комплекс біохімічних і фізіологічних процесів, які забезпечують життєдіяльність організмів у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фізіологічних процесів, що вивчається на рівні цілісного вищого організму, охоплює акти дихання, живлення, травлення, всмоктування, а також виділення продуктів обміну органами і системами (шкіра, легені, видільна система, травний апарат).

 

Нижчі форми, на думку Ж. Б. Ламарка, виникли шляхом самозародження з неорганічної матерії, причому таке самозародження неодноразово відбувалося в далекому минулому, відбувається нині і відбуватиметься в майбутньому. Для доказу цього він звертався до факту одночасного існування нижчих і вищих груп живих істот. Нижчі тварини, тобто найпростіші, поступово перетворюються на високоорганізовані істоти шляхом вдосконалення організації. В результаті таких змін живі організми з часом у довгому ряду послідовних поколінь поступово вдосконалюються, стають усе складнішими і більш високоорганізованими. Чим більше часу минає з моменту самозародження певної форми, тим більш досконалими і складно організованими виявляються її сучасні потомки. Найпримітивніші виникли нещодавно і ще не встигли стати досконалими.

 

Визнаючи можливість перетворення одних видів на інші, Ж. Б. Ламарк стверджував, що всі живі тіла в своєму історичному розвитку проходять шлях поступового ускладнення організації.