Экологические факторы. Абиотические факторы и их влияние на организм.

==================================



Абио­ти­че­ские фак­то­ры – фак­то­ры нежи­вой при­ро­ды.

На­при­мер, тем­пе­ра­ту­ра, влаж­ность и осве­щён­ность.

Био­ти­че­ские фак­то­ры – это фак­то­ры живой при­ро­ды.

На­при­мер, ак­тив­ность хищ­ни­ков или ра­бо­та азот­фик­си­ру­ю­щих бак­те­рий.

Био­ти­че­ские и абио­ти­че­ские фак­то­ры очень тесно свя­за­ны. На­при­мер, раз­рас­та­ние дре­вес­ной формы спо­соб­ству­ет сни­же­нию осве­щен­но­сти (см. видео).

Ан­тро­по­ген­ные фак­то­ры – яв­ле­ния и про­цес­сы, ко­то­рые опре­де­ля­ют­ся че­ло­ве­че­ской де­я­тель­но­стью.

К важ­ней­шим абио­ти­че­ским фак­то­рам от­но­сят­ся: тем­пе­ра­ту­ра, влаж­ность, осве­щен­ность, хи­ми­че­ский со­став среды.

 Температура

Тем­пе­ра­ту­ра опре­де­ля­ет ско­рость био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций в ор­га­низ­ме живых су­ществ.

Ор­га­низ­мы, ко­то­рые могут под­дер­жи­вать по­сто­ян­ную тем­пе­ра­ту­ру тела, на­зы­ва­ют­ся теп­ло­кров­ны­ми. Дру­гие ор­га­низ­мы, тем­пе­ра­ту­ра ко­то­рых за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей среды, на­зы­ва­ют­ся хо­лод­но­кров­ны­ми. И пер­вые, и вто­рые могут су­ще­ство­вать толь­ко в опре­де­лен­ных тем­пе­ра­тур­ных рам­ках (рис. 1).

Рис. 1. Теп­ло­кров­ное (со­ба­ка) и хлад­но­кров­ное (ля­гуш­ка) жи­вот­ное

 Психрофилы

Особи и со­об­ще­ства, ко­то­рые су­ще­ству­ют в об­ла­сти низ­ких тем­пе­ра­тур, на­зы­ва­ют­ся пси­хро­фи­ла­ми (любят холод) (см. видео).

К ним от­но­сят­ся со­об­ще­ства тунд­ры, гор­ных вер­шин и льдов, био­це­но­зы Арк­ти­ки и Ан­тарк­ти­ки.  Пси­хро­фи­лы могут жить при от­ри­ца­тель­ной тем­пе­ра­ту­ре и редко су­ще­ству­ют при тем­пе­ра­ту­ре выше +10оС.

Ор­га­низ­мы, ко­то­рые живут при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре, на­зы­ва­ют тер­мо­фи­ла­ми (любят тепло). Они встре­ча­ют­ся в эк­ва­то­ри­аль­ных и тро­пи­че­ских лесах, не вы­но­сят охла­жде­ния ниже +10оС, могут су­ще­ство­вать при тем­пе­ра­ту­ре +40оС и выше (см. видео). Экс­тре­маль­ные тер­мо­фи­лы живут при тем­пе­ра­ту­ре более +100оС.

 Мезофилы

Особи и со­об­ще­ства, пред­по­чи­та­ю­щие сред­ние тем­пе­ра­ту­ры (от +10 до +30оС), на­зы­ва­ют ме­зо­фи­ла­ми. Мы с вами и мно­гие дру­гие су­ще­ства на Земле – ме­зо­фи­лы.

Жи­вот­ные вы­ра­бо­та­ли при­спо­соб­ле­ния для борь­бы с пе­ре­охла­жде­ни­ем и пе­ре­гре­вом. На­при­мер, с на­ступ­ле­ни­ем зимы рас­те­ния и жи­вот­ные с непо­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­рой тела впа­да­ют в со­сто­я­ние покоя (ана­би­оз).

Ин­тен­сив­ность об­ме­на ве­ществ в ана­би­о­зе умень­ша­ет­ся. При под­го­тов­ке к зиме в тка­нях этих жи­вот­ных за­па­са­ет­ся много жира, уг­ле­во­дов, ко­ли­че­ство воды в клет­ках умень­ша­ет­ся, в ци­то­плаз­ме кле­ток на­кап­ли­ва­ют­ся са­ха­ра и гли­це­рин, пре­пят­ству­ю­щий за­мер­за­нию. Мо­ро­зо­стой­кость зи­му­ю­щих ор­га­низ­мов уве­ли­чи­ва­ет­ся. 

В жар­кое время года, на­о­бо­рот, вклю­ча­ет­ся фи­зио­ло­ги­че­ские ме­ха­низ­мы, за­щи­ща­ю­щие ор­га­низм от пе­ре­гре­ва. У рас­те­ний уве­ли­чи­ва­ет­ся ис­па­ре­ние с по­верх­но­сти и транс­пи­ра­ция воды через устьи­ца, при этом по­верх­ность ли­стьев охла­жда­ет­ся. У жи­вот­ных уве­ли­чи­ва­ет­ся ин­тен­сив­ность ис­па­ре­ния через по­то­вые же­ле­зы.

 Освещенность

Сле­ду­ю­щий важ­ный для живых ор­га­низ­мов фак­тор – осве­щен­ность. На живых су­ществ ока­зы­ва­ет вли­я­ние длина све­то­вой волны вос­при­ни­ма­е­мо­го из­лу­че­ния, дли­тель­ность из­лу­че­ния и ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния.

Осве­ще­ние необ­хо­ди­мо рас­те­ни­ям, по­то­му что от него за­ви­сит све­то­вая фаза про­цес­са фо­то­син­те­за.

У жи­вот­ных осве­щен­ность опре­де­ля­ет спо­соб­ность ви­деть (на свету или в тем­но­те), на­гре­ва­ние по­верх­но­сти тела, ряд важ­ных био­хи­ми­че­ских и фи­зио­ло­ги­че­ских ре­ак­ций, свя­зан­ных с су­точ­ным цик­лом.

Смена свет­ло­го и тем­но­го пе­ри­о­да суток – пе­ри­о­дизм – опре­де­ля­ет су­точ­ную ак­тив­ность жи­вот­ных и рас­те­ний (см. видео).

В за­ви­си­мо­сти от вре­ме­ни ак­тив­но­сти, вы­де­ля­ют жи­вот­ных с ноч­ным, днев­ным и су­ме­реч­ным об­ра­зом жизни.

По­ми­мо су­точ­ных, есть более круп­ные циклы, на­при­мер се­зон­ные или го­до­вые.

 Классификация организмов по отношению к свету

Сол­неч­ный свет, ко­то­рый по­па­да­ет на Землю можно раз­де­лить на три фрак­ции:

Ви­ди­мый свет – важен при днев­ном об­ра­зе жизни, ре­гу­ли­ру­ет био­хи­ми­че­ские и фи­зио­ло­ги­че­ские про­цес­сы.

Ин­фра­крас­ный свет – опре­де­ля­ет на­грев по­верх­но­сти ор­га­низ­мов.

Уль­тра­фи­о­ле­то­вый свет – опре­де­ля­ет ра­ди­а­ци­он­но-за­ви­си­мые про­цес­сы, уби­ва­ет мик­ро­ор­га­низ­мы, по­вре­жда­ет фер­мент­ные си­сте­мы. 

Как вы ви­де­ли выше, живые су­ще­ства можно раз­де­лить на груп­пы по от­но­ше­нию к свету. Более вы­ра­же­но это раз­де­ле­ние у рас­те­ний (см. видео). Вы­де­ля­ют три груп­пы видов по от­но­ше­нию к осве­щен­но­сти:

Све­то­лю­би­выерас­те­ния рас­тут на от­кры­тых про­стран­ствах, в усло­ви­ях из­быт­ка пря­мо­го сол­неч­но­го света.

Те­не­лю­би­вые рас­те­ния пред­по­чи­та­ют те­ни­стые ме­сто­оби­та­ния.

Те­не­вы­нос­ли­выерас­те­ния живут и в хо­ро­шо, и в слабо осве­щён­ных ме­стах. 

Ко­неч­но­сти птиц, как вы зна­е­те, плохо за­щи­ще­ны от хо­ло­да. Дру­гие теп­ло­кров­ные ор­га­низ­мы не могут себе это поз­во­лить, по­сколь­ку охла­жде­ние крови в ногах, вре­дит внут­рен­ним ор­га­нам, к ко­то­рым по­сту­па­ет охла­жден­ная в ногах кровь. Но птицы при­спо­со­би­лись, с одной сто­ро­ны, не обо­гре­вать ко­неч­но­сти, а с дру­гой со­хра­нять тем­пе­ра­ту­ру крови, омы­ва­ю­щей внут­рен­ние ор­га­ны.

В ногах птиц ар­те­рии и вены кон­так­ти­ру­ют непо­сред­ствен­но, в ре­зуль­та­те теп­лая кровь, со­гре­ва­ясь в ар­те­ри­ях, охла­жда­ет ве­ноз­ную кровь, на­прав­ля­ю­щу­ю­ся к серд­цу. Так как тем­пе­ра­ту­ра крови в ногах и теле от­ли­ча­ет­ся на де­сят­ки гра­ду­сов, то на это не тра­тит­ся до­пол­ни­тель­ная энер­гия (см. видео).

Жизнь в ки­пят­ке

Из­вест­но, что при тем­пе­ра­ту­ре свыше +60оС белки де­на­ту­ри­ру­ют и ор­га­низ­мы по­ги­ба­ют. На этом фе­но­мене ос­но­ван про­мыш­лен­ный про­цесс па­сте­ри­за­ции. Но недав­но были об­на­ру­же­ны уни­каль­ные со­об­ще­ства живых су­ществ, жи­ву­щие в же­ло­бах под­вод­ных гей­зе­ров при тем­пе­ра­ту­ре свыше +100оС (рис. 2). 

Ока­за­лось, что их белки со­хра­ня­ют свою чет­вер­тич­ную струк­ту­ру, то есть не де­на­ту­ри­ру­ют при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре. Уни­каль­ная по­сле­до­ва­тель­ность таких неде­на­ту­ри­ру­ю­щих бел­ков была вы­ра­бо­та­на на про­тя­же­нии мно­гих веков эво­лю­ции в го­ря­чих ис­точ­ни­ках. 

Рис. 2. Под­вод­ные со­об­ще­ства тер­мо­филь­ных ор­га­низ­мов

Раз­но­цвет­ные во­до­рос­ли

Раз­ли­чие окрас­ки во­до­рос­лей объ­яс­ня­ет­ся их при­спо­соб­лен­но­стью к ис­поль­зо­ва­нию в про­цес­се фо­то­син­те­за света из раз­ных ча­стей све­то­во­го спек­тра.

Спек­траль­ные ком­по­нен­ты про­ни­ка­ют в толщу воды на раз­ную глу­би­ну, крас­ные лучи про­хо­дят толь­ко верх­ние слои, а синие по­па­да­ют зна­чи­тель­но глуб­же. Для функ­ци­о­ни­ро­ва­ния хло­ро­фил­ла, необ­хо­ди­мо из­лу­че­ние крас­ной и синей части спек­тра (рис. 3).

В связи с этим, зе­ле­ные во­до­рос­ли встре­ча­ют­ся обыч­но толь­ко на глу­би­нах в несколь­ко мет­ров.

На­ли­чие пиг­мен­та, осу­ществ­ля­ю­ще­го фо­то­син­тез при жел­то-зе­ле­ном свете, поз­во­ля­ет бурым во­до­рос­лям жить на глу­би­нах до 200 м. 

Пиг­мен­ты крас­ных во­до­рос­лей ис­поль­зу­ют зе­ле­ный и синий свет, по­это­му крас­ные во­до­рос­ли на­се­ля­ют глу­би­ны до 270 м.

Рис. 3. Рас­пре­де­ле­ние во­до­рос­лей в толще воды в связи с на­ли­чи­ем раз­ных фо­то­син­те­ти­че­ских пиг­мен­тов. Зе­ле­ные во­до­рос­ли живут у по­верх­но­сти до 10 м глу­би­ны, бурые – на глу­бине до 200 м, а крас­ные – на глу­бине 270 м и более.

Таким об­ра­зом, вы по­зна­ко­ми­лись с абио­ти­че­ски­ми фак­то­ра­ми среды – тем­пе­ра­ту­рой и осве­щен­но­стью, а также с их зна­че­ни­ем в жизни живых су­ществ.

 Влажность, как абиотический фактор

Вода – важ­ней­ший ком­по­нент живых су­ществ.

Ко­ли­че­ство воды в ор­га­низ­ме опре­де­ля­ет про­те­ка­ние био­хи­ми­че­ских про­цес­сов, по­это­му влаж­ность ме­сто­оби­та­ния яв­ля­ет­ся важ­ным абио­ти­че­ским фак­то­ром среды.

В за­ви­си­мо­сти от влаж­но­сти, свя­зан­ной, на­при­мер, с ко­ли­че­ством осад­ков, ви­до­вой со­став со­об­ще­ства силь­но ме­ня­ет­ся. Из­бы­ток влаги при­во­дит к за­со­ле­нию или за­бо­ла­чи­ва­нию и по­яв­ле­нию со­лон­ча­ко­во­го или бо­лот­но­го со­об­ще­ства, а по­сто­ян­ная за­су­ха ведет к опу­сты­ни­ва­нию.

Су­ще­ству­ют и кон­траст­ные ме­сто­оби­та­ния, где пе­ри­о­ды за­су­хи сме­ня­ют­ся пе­ри­о­да­ми обиль­но­го увлаж­не­ния (см. видео).

 Классификация животных по отношению к воде

У рас­те­ний и жи­вот­ных в про­цес­се эво­лю­ции по­яви­лись при­спо­соб­ле­ния для жизни в усло­ви­ях низ­кой и вы­со­кой влаж­но­сти (рис. 1). 

На­при­мер, у рас­те­ний-сук­ку­лен­тов раз­ви­тая кор­не­вая си­сте­ма до­став­ля­ет воду с очень боль­ших глу­бин, также у них утол­ще­на ку­ти­ку­ла листа, ли­сто­вая пла­стин­ка умень­ше­на или пре­вра­ще­на в ко­люч­ки или игол­ки, что пре­пят­ству­ют ис­па­ре­нию. Рост сук­ку­лен­тов в пе­ри­од за­су­хи пре­кра­ща­ет­ся.

Рис. 1. При­род­ные со­об­ще­ства живых ор­га­низ­мов, фор­ми­ру­ю­щи­е­ся при раз­ных зна­че­ни­ях влаж­но­сти (Ис­точ­ник)

У жи­вот­ных тоже есть при­спо­соб­ле­ния, поз­во­ля­ю­щие вы­дер­жи­вать недо­ста­ток влаги. На­при­мер, мно­гие пу­стын­ные жи­вот­ные по­лу­ча­ют влагу из пищи и во­об­ще не нуж­да­ют­ся в дру­гих ис­точ­ни­ках воды. Они обыч­но имеют жест­кую кожу, пре­пят­ству­ю­щую ис­па­ре­нию, могут на­кап­ли­вать боль­шие за­па­сы воды, в том числе в виде жи­ро­по­доб­ных ве­ществ, как те, что на­хо­дят­ся в гор­бах у вер­блю­дов.

Чтобы пе­ре­жить за­суш­ли­вый пе­ри­од, неко­то­рые жи­вот­ные впа­да­ют в спяч­ку.

По от­но­ше­нию к воде живые ор­га­низ­мы де­лят­ся на такие груп­пы:

Ксе­ро­филь­ные (за­су­хо­устой­чи­вые);

Гиг­ро­филь­ные (лю­бя­щие из­бы­ток воды и жи­ву­щие в воде);

Ме­зо­филь­ные (пред­по­чи­та­ю­щие влаж­ные ме­сто­оби­та­ния).

Неко­то­рые жи­вот­ные и рас­те­ния су­ще­ству­ют ис­клю­чи­тель­но в вод­ной среде.

 Химический состав среды

Важ­ным абио­ти­че­ским фак­то­ром яв­ля­ет­ся хи­ми­че­ский со­став среды оби­та­ния.

К нему от­но­сят: со­дер­жа­ние кис­ло­ро­да, кис­лот­ность, до­ступ­ность пи­та­тель­ных ве­ществ и био­филь­ных эле­мен­тов, а также ток­сич­ность.

Кис­ло­род участ­ву­ет в про­цес­се ды­ха­ния и дру­гих энер­ге­ти­че­ских про­цес­сах (обес­пе­чи­ва­ет фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние).

По от­но­ше­нию к кис­ло­ро­ду живые су­ще­ства делят на три груп­пы:

Аэро­бы – ор­га­низ­мы, ко­то­рым кис­ло­род необ­хо­дим (боль­шин­ство рас­те­ний и жи­вот­ных).

Анаэ­ро­бы – ор­га­низ­мы, для ко­то­рых кис­ло­род яв­ля­ет­ся ядом, вы­жи­ва­ю­щие толь­ко в от­сут­ствие мо­ле­ку­ляр­но­го кис­ло­ро­да в среде (мно­гие бак­те­рии и па­ра­зи­ти­че­ские черви).

Фа­куль­та­тив­ные анаэ­ро­бы – ор­га­низ­мы, спо­соб­ные жить в кис­ло­род­ной и бес­кис­ло­род­ной среде (бак­те­рии и неко­то­рые грибы, на­при­мер, дрож­жи).

Боль­шое зна­че­ние имеют такие фак­то­ры, как кис­лот­ность и обес­пе­чен­ность среды оби­та­ния ос­нов­ны­ми био­филь­ны­ми эле­мен­та­ми. 

По на­ли­чию в воде и почве раз­лич­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов вы­де­ля­ют био­гео­хи­ми­че­ские про­вин­ции (Ис­точ­ник). Ло­каль­ное рас­про­стра­не­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов (на­ли­чие их в среде оби­та­ния в из­быт­ке или в недо­стат­ке) вли­я­ет на со­став со­об­ществ живых ор­га­низ­мов, а также на жизнь и здо­ро­вье че­ло­ве­ка (Ис­точ­ник).

Раз­ные жи­вот­ные и рас­те­ния нуж­да­ют­ся в раз­ных мик­ро­эле­мен­тах. Ино­гда даже по­верх­ност­ный взгляд на от­дель­ное рас­те­ние или рас­ти­тель­ное со­об­ще­ство поз­во­ля­ет по­нять, каких хи­ми­че­ских эле­мен­тов в почве мало или много. По­дроб­нее об этом чи­тай­те здесь: (Ис­точ­ник)

 Косвенные факторы

Такие фак­то­ры, как ре­льеф или ин­тен­сив­ность ветра, яв­ля­ют­ся кос­вен­ны­ми фак­то­ра­ми, вли­я­ю­щи­ми на ак­тив­ность ба­зо­вых био­ло­ги­че­ских про­цес­сов. Силь­ный ветер уве­ли­чи­ва­ет ис­па­ре­ние и умень­ша­ет влаж­ность, спо­соб­ству­ет охла­жде­нию ор­га­низ­мов. Кроме того, ветер пе­ре­но­сит пыль­цу и се­ме­на рас­те­ний, уно­сит и при­но­сит на­се­ко­мых, гнет и ло­ма­ет кроны де­ре­вьев (см. видео).

Ре­льеф как абио­ти­че­ский фак­тор вли­я­ет на тем­пе­ра­ту­ру и влаж­ность среды, а также обу­слав­ли­ва­ет ми­гра­цию рас­тво­рен­ных в воде хи­ми­че­ских со­еди­не­ний. Обыч­но участ­ки холма, рас­по­ло­жен­ные выше по скло­ну, бед­нее рас­ти­тель­но­стью и суше, чем участ­ки, рас­по­ло­жен­ные ниже по скло­ну. Ре­льеф вли­я­ет на осве­щен­ность, про­ду­ва­е­мость и про­хо­ди­мость мест­но­сти для жи­вот­ных, огра­ни­чи­ва­ет рас­про­стра­не­ние рас­те­ний и т. д.

Таким об­ра­зом, абио­ти­че­ские фак­то­ры яв­ля­ют­ся одним из опре­де­ля­ю­щих усло­вий фор­ми­ро­ва­ния эко­си­сте­мы. К ним от­но­сят­ся тем­пе­ра­ту­ра, осве­щён­ность, на­ли­чие пи­та­тель­ных ве­ществ и био­филь­ных эле­мен­тов, а также ре­льеф.

Жи­вот­ные, ко­то­рые не пьют воду

Мно­гие жи­вот­ные не пьют воду, а по­лу­ча­ют ее из пищи (рас­ти­тель­ной или жи­вот­ной). Неко­то­рые су­ще­ства не пьют воду даже в очень за­суш­ли­вых ре­ги­о­нах. Не пьют воду пу­стын­ные гры­зу­ны и яще­ри­цы, а также боль­шин­ство хищ­ных птиц (см. видео).

Рас­те­ния-мар­ке­ры

Неко­то­рые рас­те­ния рас­тут в очень ха­рак­тер­ных усло­ви­ях. Одни нуж­да­ют­ся в из­быт­ке соли в почве, дру­гие – в по­вы­шен­ном со­дер­жа­нии калия. Часто это имеет боль­шое прак­ти­че­ское зна­че­ние. На­при­мер, аг­ро­но­мы ищут за­рос­ли кра­пи­вы, ко­то­рая ука­зы­ва­ет на места скоп­ле­ния азота. По кра­пи­ве можно су­дить, куда с по­то­ка­ми воды вы­мы­ва­ют­ся вно­си­мые в почву азот­ные удоб­ре­ния.