Среда обитания. Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним живых организмов

Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности Земли и частично из космоса. При сильных волнениях ветры подхватывают водяные брызги из морей и океанов. Так попадают в атмосферу из воды частицы соли. В результате извержения вулканов, лесных пожаров, работы промышленных объектов  и т.д. воздух загрязняется продуктами неполного сгорания. Больше всего пыли и других примесей в приземном слое воздуха. Даже после дождя в 1 см содержится около 30 тыс. пылинок, а в сухую погоду их в несколько раз больше.

Все эти мельчайшие примеси влияют на цвет неба. Молекулы газов рассеивают коротковолновую часть спектра солнечного луча, т.е. фиолетовые и синие лучи. Поэтому днем небо голубого цвета. А частицы примесей, которые значительно крупней молекул газов, рассеивают световые лучи почти всех длин волн. Поэтому, когда воздух запылен или в нем содержатся капельки воды, небо становится белесоватым. На больших высотах небо темно-фиолетовое и даже черное.

В результате происходящего на Земле фотосинтеза растительность ежегодно образует 100 млрд. т. органических веществ (около половины приходится на долю морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т. углекислого газа и выделяя во внешнюю среду около 145 млрд.т. свободного кислорода, полагают, что благодаря фотосинтезу образуется весь кислород атмосферы. О роли в этом круговороте зеленых насаждений говорят следующие данные: 1 га зеленых насаждений в среднем за 1 час очищает воздух от 8 кг углекислого газа (выделяемого за это время при дыхании 200 человек). Взрослое дерево за сутки выделяет 180 литров кислорода, а за пять месяцев (с мая по сентябрь) оно поглощает около 44 кг углекислого газа.

      Количество выделяемого  кислорода и поглощаемого углекислого  газа зависит от возраста зеленых насаждений, видового состава, плотности посадки и других факторов.

      Не меньшее значение имеют и морские растения – фитопланктон (в основном водоросли и бактерии), высвобождающие путем фотосинтеза кислород.

У животных и растений суши выработались свои, не менее оригинальные адаптации на неблагоприятные факторы  среды: сложное строение тела и его  покровов, периодичность и ритмика  жизненных циклов, механизмы терморегуляции и пр. Выработалась целенаправленная подвижность животных в поисках  пищи, появились переносимые ветром споры, семена и пыльца растений, а  также растения и животные, жизнь  которых всецело связана с  воздушной средой. Сформировалась исключительно  тесная функциональная, ресурсная и  механическая взаимосвязь с почвой. Многие из адаптаций были рассмотрены  нами выше, в качестве примеров при  характеристике абиотических факторов среды.

 

3. Почва как среда обитания.

 

Земля - единственная из планет имеет  почву – особенную, верхнюю оболочку суши. Эта оболочка сформировалась в исторически обозримое время  – она ровесница сухопутной жизни  на планете. Основными структурными элементами почвы являются: минеральная  основа, органическое вещество, воздух и вода.

Минеральная основа (скелет)(50-60% всей почвы) – это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.

От соотношения в почве глины  и песка, размеров фрагментов, зависят  проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном  климате идеально, если почва образована равными количествами глины и  песка, т.е. представляет суглинок. В  этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И то и другое одинаково  губительно как для растений, так  для и животных.

Органическое вещество – до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса – опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.

Воздух (15-25%) в почве содержится в полостях – порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация, и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород – аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга.

Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.

Гравитационная – подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.

Гигроскопическая, или связанная – адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных – 5%.

Капиллярная – удерживается вокруг почвенных частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам – капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.

Парообразная – занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь.

Осуществляется постоянный обмен  поверхностных почвенных и грунтовых  вод, как звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и  направление в зависимости от сезона года и погодных условий.

 

3.1.Экологические группы почвенных организмов.

 

Исходя из степени подвижности  и размеров, вся почвенная фауна  сгруппирована в следующие три  экологические группы:

Микробиотип, или микробиота - организмы, представляющие промежуточное звено между растительными и животными организмами. Это водные организмы, но мельче обитающих в воде. Живут в порах почвы, заполненных водой – микроводоемах. Основное звено детритной пищевой цепи. Могут высыхать, а с возобновлением достаточной влажности вновь оживают.

Мезобиотип, или мезобиота – это совокупность мелких, легко извлекающихся из почвы подвижных насекомых и др. Очень многочисленны – до миллионов особей на 1м². Питаются детритом, бактериями. Пользуются естественными полостями в почве, сами не роют себе ходов. При снижении влажности уходят вглубь. Приспособления от высыхания: защитные чешуйки, сплошной толстый панцирь. "Паводки" мезобиота пережидает в пузырьках почвенного воздуха.

Макробиотип, или макробиота – крупные насекомые, дождевые черви, подвижные членистоногие, живущие между подстилкой и почвой, другие животные, вплоть до роющих млекопитащих (кроты, землеройки). Преобладают дождевые черви (до 300 шт/м²).

Каждому типу почв соответствует свой комплекс живых организмов, участвующих в утилизации органики – эдафон. Наиболее многочисленным и сложным составом живых организмов обладают верхние – органогенные слои-горизонты. В иллювиальном обитают только бактерии (серобактерии, азотфиксирующие) не нуждающиеся в кислороде.

По степени связи со средой обитания в эдафоне выделяются три группы:

Геобионты – постоянные обитатели почвы (дождевые черви), многие первичнобескрылые насекомые), из млекопитающих кроты, слепыши.

Геофилы – животные, у которых часть цикла развития проходит в другой среде, а часть – в почве. Это большинство летающих насекомых (саранчовые, жуки, комары-долгоножки, медведки, многие бабочки). Одни в почве проходят фазу личинки, другие – фазу куколки.

Геоксены – животные, иногда посещающие почву в качестве укрытия или убежища. К ним относятся все млекопитающие, живущие в норах, многие насекомые (таракановые, полужесткокрылые, некоторые виды жуков).

Особая группа – псаммофиты и псаммофилы (мраморные хрущи, муравьиные львы); адаптированы к сыпучим пескам в пустынях. Приспособления к жизни в подвижной, сухой среде у растений (саксаул, песчаная акация, овсяница песчаная и др.): придаточные корни, спящие почки на корнях. Первые начинают расти при засыпании песком, вторые при сдувании песка. От заноса песком спасаются быстрым ростом, редукцией листьев. Плодам присуща летучесть, пружинистость. От засухи предохраняют песчаные чехлы на корнях, опробковение коры, сильно развитые корни. Приспособления к жизни в подвижной, сухой среде у животных (указаны выше, где рассматривался тепловой и влажный режимы): минируют пески – раздвигают их телом. У роющих животных лапы-лыжи – с наростами, с волосяным покровом.

Почва – промежуточная среда  между водой (температурный режим, низкое содержание кислорода, насыщенность водяными парами, наличие воды и  солей в ней) и воздухом (воздушные  полости, резкие изменения влажности  и температуры в верхних слоях). Для многих членистоногих почва  была средой, через которую они  смогли перейти от водного к наземному образу жизни. Основными показателями свойств почвы, отражающими возможность ее быть средой обитания для живых организмов, являются гидротермический режим и аэрация. Или влажность, температура и структура почвы. Все три показателя тесно связаны между собой. С повышением влажности повышается теплопроводность и ухудшается аэрация почв. Чем выше температура, тем сильнее идет испарение. Непосредственно с этими показателями связаны понятия физической и физиологической сухости почв.

Физическая сухость обычна место  при атмосферных засухах, в связи  с резким сокращением поступления  воды из-за долгого отсутствия осадков.

В Приморье такие периоды характерны для поздней весны и особенно сильно выражены на склонах южных  экспозиций. Причем при одинаковом положении в рельефе и прочих сходных условиях произрастания, чем  лучше развит растительный покров, тем быстрее наступает состояние  физической сухости. Физиологическая  сухость – более сложное явление, оно обусловлено неблагоприятными условиями среды. Заключается в  физиологической недоступности  воды при достаточном, и даже избыточном ее количестве в почве. Как правило, физиологически недоступной становится вода при низких температурах, высоких  засоленности или кислотности почв, наличии токсических веществ, недостатке кислорода. Одновременно недоступными становятся и растворимые в воде элементы питания: фосфор, сера, кальций, калий и др. Из-за холодности почв, и обусловленными ею переувлажнением  и высокой кислотностью, физиологически недоступны корнесобственным растениям  большие запасы воды и минеральных  солей во многих экосистемах тундры и северо-таежных лесов. Этим объясняется  сильное угнетение в них высших растений и широкое распространение  лишайников и мхов, особенно сфагновых. Одним из важных приспособлений к  суровым условиям в эдасфере является микоризное питание. Практически все деревья имеют связь с грибами-микоризообразователями. Каждому виду дерева соответствует свой микоризообразующий вид гриба. За счет микоризы увеличивается активная поверхность корневых систем, а выделения гриба корнями высших растений легко усваиваются.

 

4.Организм как среда обитания.

 

Между организмами существуют не только трофические, но и топические связи. Результатом их является создание одним  организмом определенных экологических  условий для другого. Под пологом  леса формируется свой микроклимат, благоприятный для жизни многих животных и микроорганизмов. Здесь  меньше амплитуда температурных  колебаний, более высокая влажность, ослаблена сила ветра по сравнению  с открытым пространством. На деревьях находится среда обитания для  лиан (в лесах Южного Приморья) и  эпифитных лишайников (высокогорные и северные районы Дальнего Востока), в дуплах и расщелинах стволов  устраивают жилища птицы и змеи.

Для животных и растений, которые  поселяются на или внутри другого  организма, последний является средой обитания или жизни. Взаимоотношения между ними называются симбиозом. Различают несколько форм симбиотических отношений, основные: комменсализм, паразитизм и мутуализм.

Комменсализм – тесная связь между организмами, при которой хозяин не получает ни пользы, ни вреда. Пример – лишайники на деревьях.

Паразитизм – самая распространенная форма симбиоза. Организм хозяина является стацией обитания, биотопом для организма-паразита. Паразитизм отличается от хищничества тем, что пищей хищнику служат много жертв, а паразит живет за счет одного или нескольких хозяев и редко убивает их сразу. Паразитизм – древний образ жизни. Внутриклеточные паразиты обнаружены у простейших (бактерии, сине-зеленые водоросли) и одноклеточных эукариотов (диатомовые, красные и зеленые водоросли, амебы, радиолярии). А среди многоклеточных организмов нет ни одного, который не имел бы в своем теле (реже – на теле) паразитов. Чем сложнее строение организма и его органов, тем более разнообразные условия, в которых могут проживать его сожители (и тем они многочисленнее).

 

Более половины всех видов на Земле  относятся к паразитам. Все паразиты делятся на две группы:

Эктопаразиты – наружные паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина и внедряющиеся в него органами питания, присосками (пиявки) или гаусториями (растения). Эктопаразиты животных: клещи, пиявки, блохи, клопы; эктопаразиты растений: повилики, омела, Петров крест, и др.

Эндопаразиты – паразиты, живущие внутри тела хозяина (гельминты, бактерии, вирусы, простейшие). У растений-эндопаразитов только органы размножения выходят наружу. То же самое наблюдается у дереворазрушающих грибов.

Многие паразиты полностью утратили связь с внешним миром, и вступают в отношения с ним через  своего хозяина. Каковы эти условия  для хозяина, таковы они в итоге  и для паразитирующих на нем организмов. Но между паразитом и хозяином существуют сложные внутренние взаимоотношения. Реагируя на выделения паразитов, организм хозяина вырабатывает защитные реакции  – активный иммунитет. В крови  вырабатываются белковые антитела, подавляющие  жизнедеятельность паразитов. Выработка  их стимулируется токсинами паразита и препятствует повторному заражению (гуморальный иммунитет). Если организм здоров, то проникновение в его  организм патогенным организмам затруднено. Так, хвойные деревья вырабатывают смолу, розоцветные – камедь, затягивающую механические повреждения. Они заселяются стволовыми вредителями и поражаются гнилями только в ослабленном состоянии. У многих особей в месте вторжения вредителей, образуются капсулы, изолирующие паразитов: галлы, разрастания побегов – у растений, зооцицидии – у животных. В свою очередь на реакцию хозяина паразит вырабатывает свою защитную реакцию. Они стимулируют образование галл с камерой внутри – для защиты самих паразитов. Известны примеры выработки ферментов, облегчающих проникновение в тело хозяина и получение и него нужного вещества (безболезненные укусы кровососов и долгая несвертываемость крови после него)