Конспект урока: Абиотические факторы среды и приспособленность к ним живых организмов. Биотические факторы. Взаимодействие популяций разных видов

Адаптация

В процессе исторического развития организмы приспосабливаются к определённому набору абиотических факторов. Это повышает их шансы на выживание. 

Однако организмы не только приспосабливаются к определённым значениям температуры, влажности, освещённости, которые становятся обязательными условиями их существования, но и сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. Так, в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, животные-фильтраторы очищают воду, зелёные насаждения препятствуют эрозии почвы, а растения из семейства бобовых обогащают почву азотом — подобных примеров можно приводить множество.

Рассмотрим влияние основных абиотических факторов — элементов неживой природы —  на живые организмы.

Абиотические факторы

Мы рассмотрим влияние четырёх основных абиотических факторов среды, так как их влияние более значительно — это температура, свет, влажность и кислород.

Например, у майского жука личиночная стадия проходит в почве. На него влияют абиотические факторы среды: почва, воздух, косвенно влажность, химический состав почвы — и совсем не влияет свет.

Бактерии способны выжить в самых экстремальных условиях: их находят в гейзерах, сероводородных источниках, очень солёной воде, на глубине Мирового океана, очень глубоко в почве, во льдах Антарктиды, на самых высоких вершинах (даже на Эвересте — на высоте 8 848 м), в телах живых организмов. 

Температура. Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Некоторые организмы, особенно в состоянии покоя или анабиоза, способны выдерживать довольно низкие температуры. Колебание температуры в воде обычно меньше, чем на суше, поэтому пределы устойчивости у водных организмов хуже, чем у наземных. От температуры зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при температуре от 0 °C до +50 °C на поверхности песка в пустыни и 

до –70 °C в некоторых областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится в пределах от +50 °C до –50 °C в наземных местообитаниях и от +2 °C до +27 °C в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до –200 °C, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88 °C.

По отношению к температуре различают животные организмы:

1. С постоянной температурой тела (теплокровные);
2. С непостоянной температурой тела (хладнокровные).

Организмы с непостоянной температурой тела — рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. 

В природе температура не постоянна. Организмы, которые живут в умеренных широтах и подвергаются колебанию температур, хуже переносят постоянную температуру. Резкие колебания — зной, морозы — неблагоприятны для них. Животные выработали приспособления для борьбы с охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов увеличивается.

В жаркое время года, наоборот, включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение влаги через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.

Организмы с постоянной температурой тела — птицы, млекопитающие. У этих организмов произошли изменения во внутреннем строении органов, что способствовало их приспособленности к постоянной температуре тела. Это, например,  четырёхкамерное сердце и наличие одной дуги аорты, обеспечивающие полное разделение артериального и венозного кровотока, интенсивный обмен веществ благодаря снабжению тканей артериальной кровью, насыщенной кислородом, перьевой или волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла, хорошо развитая нервная деятельность. Всё это позволило представителям птиц и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур и освоить все места обитания.

В природных условиях температура очень редко держится на уровне благоприятности для жизни. Поэтому у растений и животных возникают специальные приспособления, которые ослабляют резкие колебания температуры. У животных, например слонов, большая ушная раковина по сравнению с его предком мамонтом, живущим в холодном климате. Ушная раковина, кроме органа слуха, выполняет функцию терморегулятора. У растений для защиты от перегрева появляется восковой налёт, плотная кутикула.

Свет обеспечивает все жизненные процессы, протекающие на Земле. Для организмов важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность воздействия. Например, у растений уменьшение длины светового дня и интенсивность освещения приводит к осеннему листопаду.

Рис. 1. Спектр света

По отношению к свету растения делят на:

1. Светолюбивые: имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, много пигмента — хлебные злаки. Но увеличение интенсивности освещения сверх оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие урожаи.
2. Тенелюбивые: имеют тонкие листья; они крупные, расположены горизонтально, с меньшим количеством устьиц.
3. Теневыносливые: растения способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения.

Важную роль в регуляции активности живых организмов и их развитии играет продолжительность и интенсивность воздействие света — фотопериод. В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам года, и сигналом для подготовки к изменению температуры служит продолжительность светового дня, которая, в отличие от других факторов, всегда остаётся постоянной в определённом месте и в определённое время. 

У животных — к накоплению жира к осени, размножению, миграции, перелёту птиц и наступлению стадии покоя у насекомых.

Кроме сезонных, есть ещё и суточные изменения режима освещённости. Смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление, которое обеспечивает выживание особи, — это своего рода «биологические часы», способность ощущать время.

Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.

Влажность. Вода — это необходимый компонент клетки, поэтому её количество в тех или иных местах обитания является ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны данной местности.

Избыток влаги в почве приводит к её заболачиванию и появлению болотной растительности. В зависимости от влажности почвы (количества осадков) видовой состав растительности меняется. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем лесостепной растительностью. Далее — низкотравье, и при 250 мл в год — пустыня. Осадки в течение года могут выпадать не равномерно, живым организмам приходится переносить длительные засухи. Например, растения и животные саванн, где интенсивность растительного покрова, а также интенсивное питание копытных животных, зависит от сезона дождей.

Рис. 2. Верблюды в пустыне

В природе происходят и суточные колебания влажности воздуха, которые влияют на активность организмов. Между влажностью и температурой есть тесная связь. Температура сильнее влияет на организм при высокой влажности. У растений и животных появились приспособления к разной влажности. Например, у растений развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула фотосинтез идёт зелёной частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается. Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают испарение.

У животных тоже появились приспособленности, позволяющие переносить недостаток влаги. Мелкие животные — грызуны, змеи, черепахи, членистоногие — добывают влагу из пищи. Источником воды может стать жироподобное вещество, например у верблюда. В жаркое время некоторые животные — грызуны и черепахи — впадают в спячку, продолжающуюся несколько месяцев. Растения-эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения, могут сбрасывать листья, отбрасывать наземные части и так переживать период засухи. При этом до следующего сезона сохраняются луковицы и корневища.

По отношению к воде растения делят на:

1. Водные растения повышенной влажности;
2. Околоводные растения, наземно-водные;
3. Наземные растения;
4. Растения сухих и очень сухих мест; обитают в местах с недостаточным увлажнением, могут переносить непродолжительную засуху;
5. Суккуленты — сочные, накапливают воду в тканях своих тел.

По отношению к воде животных делят на:

1. Влаголюбивых;
2. Промежуточную группу;
3. Сухолюбивых.

Виды приспособленностей организмов к колебаниям температуры, влажности и света:

Рис. 3. Ёж обыкновенный в спячке

1. Теплокровность — поддержание организмом постоянной температуры тела;
2. Зимняя спячка — продолжительный сон животных в зимнее время года;
3. Анабиоз — временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедленны до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных и у животных зимой и в жаркий период времени);
4. Морозостойкость — способность организмов переносить отрицательные температуры;
5. Состояние покоя — приспособительное свойство многолетнего растения, для которого характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности, отмирание наземных побегов у травянистых форм растений и опадение листьев у древесных форм;
6. Летний покой — приспособительное свойство раннецветущих растений (тюльпан, шафран) тропических районов, пустынь, полупустынь.

Кислород. По отношению к кислороду все живые организмы можно разделить на две группы: аэробные (которым для дыхания нужен кислород) и анаэробные (которым кислород не нужен). В среде без кислорода живут, к примеру, некоторые бактерии, простейшие и внутренние паразиты, такие как ленточные черви. Большинство же организмов обитают в кислородной среде.

Сделаем вывод: на все живые организмы, действуют абиотические факторы среды (факторы неживой природы), особенно температура, свет и увлажнённость, наличие кислорода. В зависимости от влияния факторов неживой природы, растения и животных делят на различные группы, у них появляются приспособленности к влиянию этих абиотических факторов.