Наземно-повітряне та водне середовища життя організмів. Екологія, екологічні чинники

Щодо вимог до умов освітленості рослини поділяють на світлолюбні, тіньовитривалі та тіньолюбні (мал. 25.3).

Стосовно ступеня освітленості серед тварин виділяють дві групи: «ніч­ну» (активні вночі) та «денну* (активні у світлу частину доби) (ґрунтую­чись на знаннях, отриманих під час вивчення біології у попередніх класах, наведіть приклади тварин згаданих груп).

Температура навколишнього середовища відіграє винятково важливу роль у житті організмів, бо впливає на їхню температуру тіла. Температура тіла, у свою чергу, впливає на швидкість реакцій обміну речовин: низькі тем­ператури їх гальмують, а дуже високі можуть спричинити денатурацію біл­ків, зокрема ферментів. Для більшості організмів оптимальні значення темпе­ратури мають досить вузькі межі: від +10 до +30 °С. Але в неактивному стані живі істоти здатні витримувати значно ширший діапазон температур: від -200 до +100 °С. Наприклад, спори деяких бактерій здатні нетривалий період витримувати температуру до +180 °С, а цисти найпростіших і коловерток, яйця круглих червів, насіння і пилок рослин після зневоднення не втрачають життєздатності за температури, близької до абсолютного нуля (-271,16 °С).

Щоб пережити несприятливі умови, багато живих істот впадає в стан заціпеніння - анабіоз (від грец. анабіозіс - повернення до життя). Це стан організму, за якого не помітні прояви життєдіяльності внаслідок значного гальмування процесів обміну речовин. Він супроводжується великими втратами води (до 75 %). Коли ж настають сприятливі умови, організми виходять зі стану анабіозу і життєві процеси відновлюються.

Види, пристосовані до життя за низьких температур, називають холо­достійкими. Вони здатні зберігати активність навіть тоді, коли темпера­тура їхнього внутрішнього середовища знижується до -7...-10 °С (деякі бактерії, лишайники, мохи, членистоногі тощо).

Теплолюбні види мешкають за високих температур довкілля. Напри­клад, деякі бактерії, ціанобактерії, членистоногі мешкають у гарячих джерелах при температурах до +80 °С.

Живим істотам властиві різні пристосування, які дають змогу регулю­вати процеси обміну речовин залежно від змін температури довкілля.

Наприклад, підвищення концентрації цукру в клітинному соку рослин чи гліцерину в рідинах тіла членистоногих знижує температуру замерзання. Теплокровні тварини часто мають добре розвинений волосяний або пір’яний покрив, підшкірний жировий прошарок для забезпечення тепло­ізоляції. Багато тварин здатні до терморегуляції

Терморегуляція (від грец. терме - тепло та регуло - регулюю) здат­ність підтримувати стале співвідношення між виробленням тепла (тепло­продукцією) в організмі або його поглинанням з довкілля та втратами теплової енергії (тепловіддачею).

Хімічна терморегуляція відбувається за допомогою .збільшення вироб­лення тепла у відповідь на зниження температури довкілля (наприклад, завдяки скороченню м’язів, прискоренню процесів дисиміляції та інше).

Фізична терморегуляція зумовлена зміною рівня тепловіддач (регу ;н ція стану волосяного чи пір’яного покриву, діаметра капілярів шкіри, по­товиділення, випаровування води рослинами тощо) або поглинання тепла з довкілля (ви­грівання на сонці ящірок, комах та інших хо­лоднокровних тварин). Вона можлива і завдя­ки змінам поведінки тварин, які збираються докупи, ховаються в затишних місцях (нори, печери, снігові заноси), де коливання темпе­ратур згладжені; часто впадають у сплячку (мал. 25.4) тощо.

Вологість. Ми вже знаємо про винятково важливу роль води в забезпеченні життєді­яльності клітини та організму в цілому.

Живі істоти наземно-повітряного середови­ща мають пристосування до економного спо­живання та витрат води. Життєві цикли видів адаптовані до розподілу опадів між се­зонами року та порами доби. Так, у рослин посушливих місцезростань коренева систе­ма або здатна проникати на значну глибину (мал. 25.5), що дає змогу добувати підґрунтові води, або добре розгалужена у поверхневих

Мал. 25.5. Кореневі системи пустельних рослин:

1  - тягнуться до підґрунтових вод (до 15 м углиб);

2  - збирають поверхневу вологу

Мал. 25.6. Рослини посушливих місцезростань

1- молодило (запасає воду у листках);

2 - деревоподібні кактуси (запасають воду у стеблі)

шарах ґрунту (кактуси), що забезпечує ефек­тивне засвоєння вологи зі значної площі під час короткочасних дощів. Вони також мають багато інших пристосувань для подолання дефіциту вологи (мал. 25.6). Дерева і кущі зменшують випаровування у посушливий пе­ріод, скидаючи листя.

Як і рослини, тварини - мешканці наземно-повітряного середовища - повинні підтримувати водний баланс у своєму орга­нізмі, оскільки його зневоднення швидше спричиняє загибель, ніж тривала відсутність їжі. Наприклад, для організму людини не­безпечні втрати води, які перевищують 10 % загальної маси тіла, а для верблюдів 1 27 •%. Економії вологи в умовах посушливого клі- мату сприяють покриви, що запобігають випаровуванню (кутикула комах, лусочки плазунів тощо). Тварини посушливих місцеперебувань часто ак­тивні вночі, коли повітря вологіше та прохолодніше (мал. 25.7,1), а під час тривалої посухи деякі з них впадають у сплячку. Великі тварини можуть долати значні відстані в пошуках джерел води (мал. 25.7, 2).

Газовий склад повітря. Головними складовими нижніх шарів атмосфе­ри є кисень (близько 21 %), вуглекислий газ (близько 0,03 %) та азот (понад 78 %). Кисень необхідний живим істотам для аеробного дихання. За умов нестачі або повної відсутності кисню виживають лише організми, здатні отримувати необхідну їм енергію за допомогою безкисневого розщеплення органічних сполук (анаеробне дихання).

Вуглекислий газ негативно впливає на життєдіяльність, оскільки під­вищення його концентрації в довкіллі гальмує процеси дихання, але до певного ступеня сприяє інтенсифікації фотосинтезу, зниження - гальмує.

Зростання його концентрації підви­щує температуру атмосфери, оскіль­ки завдяки високій теплоємності він акумулює тепло.

Азот для більшості організмів є інертним газом. Проте певні види (азотфіксуючі бактерії, деякі ціано­бактерії, водорості) здатні фіксува­ти атмосферний азот і переводити його у сполуки, які можуть засвою­ватись зеленими рослинами.

Водне середовище життя за свої­ми умовами значно відрізняється від наземно-повітряного (мал. 25.8).

Воно характеризується високою гу­стиною, меншим вмістом кисню, знач­ними перепадами тиску. Крім того, різні типи водойм відрізняються за концентрацією солей, швидкістю течії тощо. Мешканці водойм - гід­робіонти - пристосовані як до жит­тя у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм чи зони Світового океану.

Екологічні групи гідробіонтів

Живі організми населяють всі зони Світового океану. Мешканці товщі води складають екологічні групи планктону та нектону. Планктонні організми (мал. 25.8, 1): бактерії, ціанобактерії, водорості, радіолярії, медузи, дрібні ракоподібні, личинки кісткових риб тощо. Багато з них мо жуть активно плавати (за допомогою джгутиків, війок, скорочення м’язових волоконець), але не здатні протистояти течіям, що переміщують маси планктону на значні відстані. Планктонні організми мають присто­сування для забезпечення плавучості: дрібні розміри, різноманітні вігрое- ти, зниження питомої маси (полегшення скелетних елементів, наявнії'гь жирових включень, газових вакуоль тощо) та ін. Планктонним організмам притаманні періодичні (добові, сезонні тощо) вертикальні чи горизонтальні переміщення, пов’язані з розмноженням, живленням, змінами температу­ри, солоності води тощо.

Нектонні організми (мал. 25.8, 2) - більшість риб, головоногих молюс­ків, китоподібні - здатні до активного пересування в товщі води незалеж­но від напрямку течії. Вони мають обтічну форму тіла та добре розвинені органи руху.

До складу бентосу входять організми, які мешкають на поверхні та в товщі дна водойм: форамініфери, поліпи, круглі та багатощетинкові чер­ви, двостулкові та деякі інші молюски, ракоподібні - вусоногі раки, кра­би, омари, голкошкірі, придонні риби (наприклад, бички), деякі водорості. Ціанобактерії, бактерії та ін. (мал. 25.8, 3). Ці організми мають црнстосу-
вання для пересування по дну прикріплення до нього, закопуван­ня в його товщу тощо. Поширення більшості видів забезпечують пев­ні фази життєвих циклів (спори, личинки).

Організми, які оселяються на різних субстратах у товщі води (днища кораблів, гідротехнічні спо­руди, панцирі водних черепах тощо), належать до перифітону (губки, частина водоростей, вусоногі рако­подібні та ін.). Вони мають різнома­нітні способи прикріплення до суб­страту (мал. 25.9, 1).

Своєрідну групу - нейстон — становлять організми, які мешкають на межі водного та наземно-повітряного середовищ, населяючи поверхневу плівку води. Одні з них використовують сили поверхневого натягу води для пересування по водній плівці, цьому сприяє незмочуваність тіла (на­приклад, клопи-водомірки (мал. 25.9, 2), жуки-вертячки). Інші підвішу­ються до водної плівки або спираються на неї знизу (личинки комарів, найпростіші, молодь риб).

Основні властивості водного середовища. Серед екологічних чинникіе водного середовища життя провідна роль належить температурі, освітле­ності, тиску, газовому режиму, солоності, рельєфу дна.

Температурний режим. Висока питома теплоємність води зумовлює значно менші коливання температури в її поверхневих шарах води по­рівняно з повітрям. Зокрема, річні коливання температур у поверхневих шарах океану не перевищують +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; відповідно і показники оптималь­них температур для тих чи інших гідробіонтів дуже різняться.

Освітленість водойм швидко зменшується зі збільшенням глибини. За­звичай на глибинах понад 150-250 м фотосинтезуючі водорості існувати не можуть. На максимальній глибині - 270 м мешкають червоні водорості,

здатні вловлювати слабке розсіяне світло. На глибини понад 1500 м світло взагалі не про­никає. Деякі глибоководні організми (кишко­вопорожнинні, ракоподібні, молюски, риби' самі можуть виробляти світло завдяки окис- ненню певних ліпідів (явище біолюмінесценції, (мал. 25.10). Світлові сигнали - засіб спілку­вання глибоководних тварин - за їх допомогок зустрічаються особини різних статей та ін.

Хімічний склад води також значно впливає на умови життя гідробіонтів. Так, різні солі, наприклад карбонат кальцію, потрібні для побудови черепашок (форамініфер, молюсків), зовнішнього (мадрепорові корали, ракоподібні внутрішнього (риби) скелета. Гідробіонти вилучають з воли та икористовують завислі в ній органічні частинки, розчинені спссіуки Нітрогену, Фосфору, Силіцію, Феруму тощо.

Уміст газів. У воді вміст кисню в 20-30 разів нижчий, ніж в атмосфер­ному повітрі. Кисень надходить у водне середовище з атмосфери завдяки дифузії; також його виділяють фотосинтетики - мешканці верхніх шарів водойм. Тому зі збільшенням глибини концентрація кисню зменшується, а в придонних шарах вона зовсім незначна та умови існування можуть на­ближатись до анаеробних. Тож глибоководні мешканці пристосовані до існування в умовах дефіциту кисню. Зменшується вміст Оксигену також зі зростанням температури чи солоності води.

Тиск води - один з провідних факторів водного середовища. При зану­ренні на кожні 10 м тиск зростає приблизно на 1 атмосферу, на великих гли­бинах він може перевищувати 1000 атмосфер. Більшість видів водяних тва­рин саме завдяки тиску мешкає на певних глибинах (наприклад, кіл ьчаотий черв піскожил мешкає здебільшого у приллннно-відщгавній зоні, а кнстепе- ра риба - латимерія - на глибинах 400-1000 м). Лише окремі види можуть жити від припливно-відпливної зони до глибин у кілька тисяч метрів.

Переміщення водних мас зумовлені зміною положення Землі ВІДНОСНО Сонця і Місяця відносно Землі (припливи та відпливи), земним ТЯЖІННЯМ (течії річок), впливом вітру тощо. Рух води забезпечуг міграції гідробіон тів, переміщення поживних часток та кисню. Пристосування організмів до постійних переміщень водних мас дуже різноманітні.

Які є адаптації гідробіонтів до пересихання водойм?

Організми, які населяють водойми, що періодично пересихають, пристосова­ні до переживання періодів відсутності водного середовища. У них зазвичай ко­роткі періоди розвитку, і за незначний проміжок часу вони здатні значно збіль­шувати свою чисельність. Посушливий період ці істоти переносять у неактивно­му стані (у вигляді яєць, цист, спор тощо).

Так, яйця рачків-щитнів у висушеному стані можуть перебувати до 15 років, не втрачаючи життєздатності. На період по­сухи деякі гідробіонти закопуються у товщу дна, інколи формуючи зо­внішню захисну оболонку, як-от африканський лускових (мал. 25.11).

Нові терміни та поняття: Середовище життя, анабіоз, терморегуляція, планктон, нектон, бентос, перифітон, нейстон.