Рассмотрите рисунки 116-122. Какие условия неживой природы воздействуют на изображенные организмы? Вспомните из курса физики, что такое свет, температура и влажность.
Абиотические факторы - это условия неживой природы (свет, температура, влажность, давление и др.), оказывающие воздействие на организмы, что обусловливает их распространение в среде обитания. Рассмотрим некоторые из таких факторов.
Свет. Служит источником энергии для фотосинтеза, поддержания теплового баланса, водного обмена и условием ориентировки организмов в пространстве. Основной источник света - Солнце. Солнечная радиация различается интенсивностью и качеством: ультрафиолетовые лучи, видимый спектр, инфракрасные лучи. Различные участки спектра неравнозначны по биологическому действию. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого и задерживаются озоновым экраном. Небольшое количество длинноволновых ультрафиолетовых лучей используется животными для образования витамина D. Видимая часть спектра поглощается фотосинтезирующими растениями, а также служит условием для ориентировки дневных животных в пространстве. Инфракрасные лучи вызывают нагревание тел организмов, усиливают теплообмен и увеличивают испарение.
Рис. 116. Экологические группы растений по отношению к свету: 1 — светолюбивые (василек луговой); 2 — тенелюбивые (кислица обыкновенная); 3 — теневыносливые (клён остролистный)
Количество света, нужное для разных организмов, неодинаково. Растения по отношению к свету делят на три группы: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые (рис. 116). Для них необходим разный уровень освещенности. Среди животных по отношению к свету различают дневных, сумеречных и ночных (рис. 117). Они проявляют свою активность в зависимости от разного уровня освещенности. Для дневных животных свет - это сигнал к активности, а для ночных животных, наоборот, перехода ко сну.
Рис. 117. Экологические группы животных по отношению к свету: 1 — дневные (белка европейская); 2 — сумеречные (майский жук); 3 — ночные (долгопят)
Сигнальная роль света как экологического фактора проявляется и в фотопериодизме. Фотопериодизм (от греч. photos - свет иperiodos - круговращение) - реакция организмов на сезонные изменения длины дня и ночи, проявляющаяся в колебании интенсивности и характера физиологических процессов. Например, растения реагируют на сезонные изменения длины дня и ночи ростом и сменой фаз развития (распускание почек, цветение, плодоношение, листопад и др.). Длиннодневным растениям для цветения и плодоношения требуется освещенность не менее 12 ч в сутки (рис. 118), а короткодневным - необходим такой же темный период. Животные также обладают фотопериодизмом, что проявляется в различных сезонных явлениях их жизни, например прилетах и отлетах птиц, гнездовании, линьке, впадении в спячку.
Рис. 118. Ячмень, выращенный при разной длине дня: 1 — 16-часовой день и 2 — 8-часовой день
Знание фотопериодизма используется человеком в практической деятельности. Так, увеличение зимой при помощи искусственного освещения светового дня до 12-14 ч дает возможность выращивать в теплицах овощные и декоративные растения, а на птицефабриках продлевать период яйценоскости у кур.
Температура. Влияет на скорость происходящих в телах организмов реакций метаболизма. У большинства организмов эти реакции осуществляются в пределах от 0° до +50 °С. При более низких или более высоких температурах метаболизм прекращается из-за нарушения работы ферментов.
Среди животных беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся имеют температуру тела, зависящую от температуры окружающей среды. Поэтому их называют холоднокровными (рис. 119,1). У теплокровных животных (птиц и млекопитающих) температура тела не зависит от среды и поддерживается на одном уровне благодаря обмену веществ и теплоизоляции, создаваемой перьевым, шерстным покровами и слоем жира (рис. 119,2).
Рис. 119. Холоднокровные (1) и теплокровные (2) организмы
Для каждого организма характерны своя оптимальная для процессов жизнедеятельности температура и свои пределы выносливости ее колебаний. Выше зоны оптимальной температуры находится зона временного теплового оцепенения организма, а за ней - зона продолжительной бездеятельности или летней спячки, граничащей с зоной смертельно высокой температуры. Ниже зоны оптимальной температуры находятся зоны холодового оцепенения, зимней бездеятельности или спячки, а также смертельно низкой температуры. Общий температурный диапазон выносливости для большинства организмов составляет от -50 °С до +50 °С, хотя некоторые бактерии и водоросли благополучно существуют в горячих источниках с температурой воды +80 °С.
Температура подвержена сезонным и суточным колебаниям. В зависимости от обеспеченности тепловой энергией симметричных участков обоих полушарий, начиная с экватора, различают климатические зоны (тропическая, субтропическая, умеренная, холодная). В пределах каждой климатической зоны организмы обладают приспособлениями к характерным для нее температурам. В условиях умеренной и холодной зон температурные приспособления растений проявляются в зимостойкости, морозоустойчивости и состоянии покоя (рис. 120).
Рис. 120. Галантусы, появляющиеся из под снега, способны переносить заморозки
Зимостойкостью называют устойчивость растений к действию неблагоприятных факторов зимнего периода - чередования морозов и оттепелей, ледяной корки и др. Зимостойкие растения осенью сбрасывают листья, а их почки защищены почечными чешуями. Морозоустойчивость проявляется на уровне клеток и тканей растений в их способности переносить действие отрицательных температур. Благодаря накоплению в клетках углеводов, образование льда происходит при более низкой температуре. Состояние покоя характеризуется прекращением роста и снижением процессов жизнедеятельности. Однолетние растения проходят это состояние на стадии семени. У многолетних растений в клетках образуются особые вещества, прекращающие рост в искусственно созданных благоприятных условиях или во время оттепелей.
Температурные приспособления животных не менее разнообразны, чем у растений (рис. 121). Химическая терморегуляция изменяет уровень теплопродукции в организме. Например, дятел зимой переходит на питание семенами ели, содержащими масла, богатыми энергией. Физическая терморегуляция обеспечивает изменение уровня теплоотдачи организма.
Рис. 121. Животные, обладающие приспособлениями к температуре: 1 — низкой (малый пёстрый дятел, гренландский тюлень); 2 — высокой (африканский слон)
Так, гренландский тюлень имеет теплозащитный покров в виде толстого слоя жира и плотного меха, а африканский слон - большие ушные раковины с густой сетью капилляров, что способствует теплоотдаче. Поведенческая терморегуляция проявляется в способности организмов выходить из действия неблагоприятного температурного фактора. Например, ящерица агама, спасаясь от нагретого песка, залезает на ветви пустынных кустарников и деревьев.
Влажность. Тела организмов на 2/3 состоят из воды. Растения по отношению к влажности подразделяют на группы: водные (кувшинки, рдесты), наземно-водные (тростник, рогоз), обитателей влажных мест на суше (мхи, папоротники), развивающихся в нормальных условиях влажности (большинство наземных растений) и обитателей засушливых мест (кактусы, агавы). Среди животных различают: водных (медузы, рыбы), полуводно-полуназемных (лягушки, крокодилы) и наземных (большинство членистоногих, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) обитателей. Недостаток влажности - причина ограничения жизнедеятельности и географического распространения наземных организмов.
Приспособления наземных организмов к недостатку влажности разнообразны (рис. 122). Например, черный саксаул, произрастающий в пустынях, развивает глубокую корневую систему, достигающую водоносного слоя. Листья кактусов видоизменены в колючки, а хвоинки сосны покрыты восковым налетом, уменьшающие величину испаряемой с их поверхности воды. Тюльпаны имеют запасающие органы - луковицы и короткий вегетационный период, совпадающий с влажной весной. Наземные животные при недостатке влаги впадают в спячку, мигрируют в поисках воды или запасают в теле жировую ткань - источник обменной воды, получаемой при ее расщеплении.
Рис. 122. Организмы, приспособленные к недостатку влаги: 1 — баобаб имеет пористую древесину, пропитанную водой; 2 — верблюд запасает в горбу жир — источник обменной воды, а также экономит воду, выделяя мало мочи и почти сухой помет
Таким образом, абиотические факторы вызывают появление у организмов приспособлений, обеспечивающих их существование в конкретных условиях среды.
Абиотические факторы; свет, фотопериодизм; температура, организмы холоднокровные и теплокровные; зимостойкость, морозоустойчивость, состояние покоя; терморегуляции: химическая, физическая, поведенческая; влажность.
1. Какие факторы называют абиотическими? Приведите их примеры.
2. Какую роль в жизни организмов играет свет? 3. Что такое фотопериодизм? 4. Какое воздействие оказывает температура на организмы? В чем проявляются приспособления растений и животных к высоким и низким температурам? 5. Какую роль в жизни организмов играет влажность? 6. В чем проявляются приспособления наземных растений и животных к недостатку влаги? Приведите примеры.
Проведите наблюдения за реакциями фотопериодизма у растений и животных, встречающихся в вашей местности. Зафиксируйте результаты наблюдения в виде записей, рисунков и фотографий.