Окружающая среда оказывает влияние на организмы, обитающие на Земле. Температура, свет, влажность - это экологические факторы среды. Их изменения приводят к смене биологических свойств живых организмов. Меняется география обитания, размножение, питание.
Факторы среды
К экологическим факторам относят условия вокруг, оказывающие воздействие на организмы. Различают абиотические факторы неживой природы и биотические. Биотические факторы - взаимодействие живых организмов, которые влияют на их вид. Также на живые организмы влияют антропогенные факторы - последствия человеческой деятельности.
Живые организмы умеют приспосабливаться к изменениям - это называется адаптацией. Внешний вид организма, отражающий его взаимодействие с окружающей средой, является жизненной формой.
К биотическим экологическим факторам относится температура при условии возникновения особого микроклимата или среды обитания. Физические и химические изменения окружающей среды относятся к абиотическим.
Температура как экологический фактор
Относительное постоянство температуры является основным условием существования живых организмов. Основной источник тепла - солнечное излучение. Физиологические процессы происходят только при определенной температуре.
Воздействие температуры зависит от географического расположения конкретного вида. Климат определяет растения и животных, которые обитают в данной местности. Во Вселенной диапазон температур достаточно большой. Жизнь может существовать только от -200 до + 100 оС. Но большинство видов обитают в гораздо более узком температурном режиме.
Для строения белков требуется температура от 0 до +50 оС. Некоторые организмы могут существовать за этими пределами. Температура как экологический фактор характеризуется сезонными и суточными колебаниями. Изменения температуры, выходящие за диапазон, при котором живые организмы могут существовать, приводит к их массовой гибели. Менее значимое изменение влияет на рост, развитие и поведение многих животных.
Терморегуляции организмов
Свет и температура как экологические факторы влияют на приспосабливаемость живых организмов. Это происходит благодаря биохимическим и физиологическим перестройкам организма и поддержания ими постоянной температуры тела. Различают два вида организмов:
- пойкилотермные;
- гомойотермные.
Пойкилотермные организмы меняют температуру тела в зависимости от окружающей среды. К ним относятся растения, грибы, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и беспозвоночные. Они впадают в оцепенение при низких или слишком высоких температурах.
Гомойотермные умеют поддерживать относительно постоянную температуру тела при изменении условий окружающей среды. Некоторые теплокровные умеют при снижении температуры впадать в оцепенение, при этом их температура тела тоже становится близкой к нулю. Это наблюдается у некоторых птиц и мелких грызунов. Сезонная спячка характерна для медведей, ежей, сусликов и летучих мышей.
Биохимическая адаптация растений
Температура - важнейший экологический фактор для растений. При изменении окружающей среды растения не могут уйти в другую местность, поэтому они приспосабливаются другим образом.
Большинство растений для адаптации к слишком низким или высоким температурам повышают концентрацию сока, накапливают сахара в клетках, снижают теплоотдачу, повышают уровень антоцианов.
При воздействии высококритичных температур в цитоплазме растений увеличивается количество защитных веществ, концентрация органических кислот, солей и слизи. Благодаря этому снижается риск свертывания цитоплазмы и происходит нейтрализация токсичных веществ.
У растений, приспособленных к снижению температуры, накапливаются углеводы, чаще всего глюкоза, в клетках, уменьшается количество воды. Это способствует снижению точки замерзания.
Физиологическая адаптация растений
Изменения температуры, экологического фактора среды, заставляют живые организмы приспосабливаться следующим образом:
- снижение собственных размеров, увеличение репродуктивных органов;
- формирование укороченных побегов;
- сохранение отмерших листьев на кронах;
- опушение побегов;
- покрытие листьев воском;
- оплетение корнями теплых камней;
- погружение части растения в почву.
Также физиологической защитой от изменения температуры является усиленное испарение воды. Такую форму защиты растения используют в жарких влажных районах. В пустынях и степях короткий цикл развития защищает от воздействия высоких температур. Весь цикл происходит весной, а лето растения переживают в состоянии покоя луковиц или корневищ. Мхи и лишайники при высоких температурах впадают в состояние анабиоза.
Морфологическая адаптация растений к температуре
Температура как экологический фактор заставляет растения приспосабливаться к высоким и низким температурам окружающей среды.
В субтропическом и тропическом поясе растения усиливают отражение солнечных лучей. Этому способствует светлая блестящая окраска. Таким образом растения снижают воздействие высокой температуры. Отдельные особи способны уменьшать поверхность, поглощающую свет, за счет колючек, рассеченных или свернутых листьев. Вертикальные листья снижают перегрев растения. Лист может поворачиваться в течение суток, чтобы избежать прямых солнечных лучей.
В холодном климате для сохранения тепла формируются карликовые формы растений. Деревья могут достигать в высоту 50 см. Кусты принимают стелющуюся форму. Высокогорные и арктические растения имеют форму подушки. Они менее чувствительны к ветру, хорошо укрываются под снегом зимой и максимально используют тепло почвы летом.
Биохимические адаптации животных
Такие экологические факторы, как свет, температура, влажность, оказывают влияние на адаптационные механизмы животных. Разнообразие адаптационных факторов появилось благодаря пойкилотермным и гомойотермным организмам.
У хладнокровных животных для исключения замерзания в крови накапливаются так называемые биологические антифризы. Их формирование позволяет понизить точку замерзания и не погибнуть в критических условиях. У рыб вещества называются гликопротеиды, у насекомых накапливается глицерин или высокая концентрация глюкозы.
Теплокровные животные избегают переохлаждения за счет увеличения обмена веществ. Жировые запасы способствуют появлению дополнительной энергии, которая тратится на обогрев организма. У некоторых млекопитающих, например, у бурого медведя, есть особая жировая ткань - бурый жир. Он богат митохондриями и кровеносными сосудами.
Физиологическая адаптация животных к температуре
На процесс адаптации к новым условиям влияет температура как экологический фактор. Кратко процесс можно описать следующими словами: у хладнокровных животных процессы жизнедеятельности зависят от окружающей среды, у теплокровных регулируются внутри организма.
Теплообмен у хладнокровных животных происходит благодаря особенностям кровеносной системы. Сосуды, мышцы и кожа тесно соприкасаются между собой, кровь кожи нагревается и уходит к мышцам, согревая их. Если температура окружающей среды увеличивается, то ускоряется кровоток.
У всех животных перегрев снимается за счет испарения влаги с поверхности тела. У некоторых испарение интенсивнее происходит через слизистые и верхние дыхательные пути. Такой способ присущ теплокровным животным с шерстью.
При снижении температуры окружающей среды животные, в том числе и человек, ощущают мышечную дрожь. Отдельные виды их впадают в спячку. Если животное обладает редкой и короткой шерстью, то терморегуляция происходит посредством расширения и сужения сосудов кожи.
Морфологическая адаптация животных
Температура как экологический фактор оказывает влияние на животных и морфологическую адаптацию. Замечено, что хладнокровные животные тем крупнее, чем ближе к экватору. Теплокровные же - наоборот. Их размер увеличивается по мере приближения к арктическому полюсу.
Чем больше поверхность тела, тем интенсивнее отдача тепла в окружающее пространство. По этой причине южные животные обладают длинными ушами, длинным хвостом и конечностями. Это особенно видно при рассмотрении близких видов грызунов.
Уменьшению потерь тепла способствуют различные покровы тела: у пресмыкающихся - роговый покров, у птиц - перья, у млекопитающих - мех. Сохранению тепла при понижении экологического фактора - температуры воды - у животных севера, обитающих в воде, способствует подкожный жир. Важную роль играет цвет кожного покрова. Светлая окраска тропических животных позволяет избегать перегревания.
Поведенческие адаптации животных
Поведенческие адаптации зависят от температуры как экологического фактора. У хладнокровных животных выделяют следующие типы поведенческих реакции:
- выбор мест с наилучшей температурой;
- смена позы.
Хладнокровные животные отыскивают места, где достаточно солнечного света. После нагрева тела они перемещаются в тень или прячутся в норах. Температуру тела они поддерживают за счет мышечных сокращений.
Теплокровные животные выбирают места для защиты от холода или жары. Характерны массовые скопления животных для поддержания тепла, сезонные миграции, умение создавать норы и зарываться в снег. В норе, вырытой под снегом, температура может быть выше на 15-18 оС, чем вокруг. Для многих животных северных широт характерны запасание корма, спячка и миграция.
Отклонение температуры от нормативных показателей приводит к необратимым последствиям для организма. Поведенческая адаптация характерна только для животных. Растения этот фактор не используют.
Разнообразие температурных условий на Земле
Вегетационный период растений зависит от того, в каком поясе они обитают. В тропическом поясе он длится круглый год, в умеренном - от весны до осени, в полярном поясе Северного полушария - до 2 месяцев.
На полюсе Северного полушария зимняя температура - 71,2 оС. В Южном полушарии наименьшая зафиксированная температура -89,2 оС. Самые жаркие места находятся в Африке, в районе экватора. Температура в тени достигает 58 оС, а почва прогревается до 70-80 оС. В пределах одного пояса проявляются различия температурных условий. Более темные почвы лучше прогреваются. Летом в лесу прохладнее, чем на открытой местности.
Каждый вид живых существ выбирает приемлемый температурный режим. Для одного и того же растения в разный период жизни требуется разное количество тепла.
