Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов

Содержание

1. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов…………………3
2. Понятие об экосистемах. Классификация экосистем. Структура экосистем………..9
3. Качество окружающей среды и здоровье человека…………………………………..11
4. Природные ресурсы и их использование……………………………………………..15
5. Атмосфера. Масштабы и последствия загрязнения. Влияние загрязнений атмосферы на растения…………………………………………………………………18
6. Международное сотрудничество в области экологии………………………………..21

Список литературы……………………………………………………………………...…..24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Важнейшие абиотические факторы и адаптация  к ним организмов.

    Среди абиотических факторов выделяют:

• Климатические (влияние температуры, света и влажности);
• Геологические (землетрясение, извержение вулканов, движение ледников, сход селей и лавин и др.);
• Орографические (особенности рельефа местности, где обитают изучаемые организмы).

    Рассмотрим  действие основных прямодействующих абиотических факторов: света, температуры и наличия  воды. Температура, свет и влажность  являются наиболее важными факторами  внешней среды. Эти факторы закономерно  изменяются как в течение года и суток, так и в связи с  географической зональностью. К этим факторам организмы обнаруживают зональный  и сезонный характер приспособления.

    Свет  как экологический фактор

    Солнечное излучение является основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения  можно выделить три области, различные  по биологическому действию: ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную.  Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм  губительны для всего живого, но они задерживаются озоновым слоем  атмосферы. До поверхности Земли  доходит лишь небольшая часть  более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300 - 0,400 мкм). Они составляют около 10% лучистой энергии. Эти лучи обладают высокой химической активностью - при большой дозе могут повреждать живые организмы. В небольших  количествах, однако, они необходимы, например, человеку: под влиянием этих лучей в организме человека образуется витамин Д, а насекомые зрительно  различают эти лучи, т.е. видят  в ультрафиолетовом свете. Они могут  ориентироваться по поляризованному  свету.

    Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм (на их долю приходится большая  часть энергии - 45% - солнечного излучения), достигающие поверхности Земли, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения за счет этого излучения синтезируют  органическое вещество (осуществляют фотосинтез), которое используют в  пищу все остальные организмы. Для  большинства растений и животных видимый свет является одним из важных факторов среды, хотя есть и такие, для  которых свет не является обязательным условием существования (почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособления к жизни в темноте). Большинство  животных способны различать спектральный состав света - обладать цветовым зрением, а у растений цветки имеют яркую  окраску для привлечения насекомых-опылителей.

    Инфракрасные  лучи с длиной волны более 0,750 мкм  глаз человека не воспринимает, но они  являются источником тепловой энергии (45% лучистой энергии). Эти лучи поглощаются  тканями животных и растений, вследствие чего ткани нагреваются. Многие хладнокровные  животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения  температуры тела (некоторые змеи и ящерицы являются экологически теплокровными животными).  Световые условия, связанные с вращением  Земли, имеют отчетливую суточную и  сезонную периодичность. Почти все  физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с  максимумом и минимумом в определенные часы: например, в определенные часы суток цветок у растений открывается  и закрывается, а у животных возникли приспособления к ночной и дневной  жизни. Длина дня (или фотопериод), имеет огромное значение в жизни  растений и животных.

    Растения, в зависимости от условий обитания, адаптируются к тени - теневыносливые растения или, напротив, к солнцу - светолюбивые растения (к примеру, хлебные злаки). Однако сильное яркое солнце (яркость  выше оптимальной) подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получить высокий урожай культур, богатый  белком. В умеренных зонах (выше и  ниже экватора) цикл развития растений и животных приурочен к сезонам  года: подготовка к изменению температурных  условий осуществляется на основе сигнала - изменения длины дня, которая  в определенное время года в данном месте всегда одинакова. В результате этого сигнала включаются физиологические  процессы, приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношения летом  и сбрасывания листьев осенью; у животных - к линьке, накоплению жира, миграции, размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых.  Изменение  длины дня животные воспринимают с помощью органов зрения. А  растения - с помощью специальных  пигментов, расположенных в листьях  растений. Раздражения воспринимаются с помощью рецепторов, вследствие чего происходит ряд биохимических  реакций (активация ферментов или  выделение гормонов), а затем проявляются  физиологические или поведенческие  реакции.

    Изучение  фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана не просто на количестве получаемого света, а на чередовании  в течение суток периодов света  и темноты определенной длительности.  Организмы способны измерять время, т.е.  обладают “биологическими часами” - от одноклеточных до человека. “Биологические часы” - также управляются сезонными  циклами и другими биологическими явлениями.  “Биологические часы”  определяют суточный ритм активности как целых организмов, так и  процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных  делений.

    Температура как экологический фактор

    Все химические процессы, протекающие в  организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто  наблюдаемые в природе, глубоко  отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности  животных и растений. Различают организмы  с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с  постоянной температурой тела - гомойтермные.  Пойкилотермные животные целиком зависят  от температуры окружающей среды, тогда  как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды.  Подавляющее большинство  наземных растений и животных в состоянии  активной жизнедеятельности не переносит  отрицательной температуры и  погибает. Верхний температурный  предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 оС. Некоторые  цианобактерии и бактерии обитают  при температурах 70-90 оС, в горячих  источниках могут жить и некоторые  моллюски (до 53 оС). Для большинства  наземных животных и растений оптимум  температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 оС). Верхний порог температуры жизни  определяется температурой свертывания  белков, поскольку необратимое свертывание  белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 oС.

    Пойкилотермные  организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды.  Главным  источником поступления тепловой энергии  у пойкилотермных животных - внешнее  тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые  животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.

    У ряда холоднокровных животных температура  тела может меняться в зависимости  от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься  на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).

    Пойкилотермные  животные способны приспосабливаться  и к высоким температурам. Это  происходит также разными способами: теплоотдача может происходить  за счет испарения влаги с поверхности  тела или со слизистой верхних  дыхательных путей, а также   за счет подкожной сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови  по сосудам кожи увеличивается при  повышении температуры).

    Наиболее  совершенная терморегуляция наблюдается  у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они  приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря  наличию четырехкамерного сердца и  одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и  венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели  способность к активной жизни  при разной температуре. У большинства  птиц температура тела несколько  выше 40 oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.

    Приспособление  теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и  испарение воды со слизистой рта  и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых  желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности  кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает  в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как  и световой режим, от которого она  зависит, закономерно меняется в  течение года и в связи с  географической широтой. Поэтому все  приспособления более важны для  обитания при отрицательных температурах.

    Вода  как экологический фактор

    Вода  играет исключительную роль в жизни  любого организма, поскольку она  является структурным компонентом  клетки (на долю воды приходится 60-80% массы  клетки). Значение воды в жизни клетки определяется ее физико-химическими  свойствами. Вследствие полярности молекула воды способна притягиваться к любым  другим молекулам, образуя гидраты, т.е. является растворителем. Многие химические реакции могут протекать происходить  только в присутствии воды.  Вода является в живых системах “тепловым  буфером”, поглощая тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное, тем самым предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения  при кратковременном освобождении тепловой энергии. В связи с этим она производит охлаждающий эффект при испарении с поверхности  и регулирует температуру тела.  Теплопроводные свойства воды определяют ее ведущую роль терморегулятора  климата в природе. Вода медленно нагревается и медленно охлаждается: летом и днем вода морей океанов  и озер нагревается, а ночью и  зимой также медленно охлаждается. Между водой и воздухом происходит постоянный обмен углекислым газом.  Кроме того, вода выполняет транспортную функцию, перемещая вещества почвы  сверху вниз и обратно. Роль влажности  для наземных организмов обусловлена  тем, что осадки распределяются на земной поверхности в течение года неравномерно. В засушливых районах (степи, пустыни) растения добывают себе воду с помощью  сильно развитой корневой системы, иногда очень длинных корней (у верблюжьей колючки - до 16 м), достигающих влажного слоя. Высокое осмотическое давление клеточного сока (до 60-80 атм), увеличивающее  сосущую силу корней, способствует удержанию воды в тканях. В сухую  погоду растения снижают испарение  воды: у пустынных растений утолщаются покровные ткани листа, либо на поверхности  листьев развивается восковой слой или густое опушение. Ряд растений достигает снижения влаги уменьшением  листовой пластинки (листья превращаются в колючки, часто растения полностью  теряют листья - саксаул, тамариск и  др.).

    В зависимости от требований, предъявляемых  к водному режиму, среди растений различают следующие экологические  группы:

      Гидратофиты – растения постоянно живущие в воде;

      Гидрофиты- растения лишь частично  погружаемые в воду;

      Гелофиты- болотные растения;

      Гигрофиты- наземные растения, обитающие  в чрезмерно увлажненых местах;