Общая Биология

1. Охарактеризуйте воздействие на живые существа трех основных спектральных диапазонов солнечного света.

2. Что понимают под фотопериодизмом?

3. Почему для организмов важно следовать» долготе дня?

4. Как влажность влияет на приспособляемость организмов?

§ 63. Абиотические факторы среды: температура, радиационный фон

Температура. Этот климатический фактор определяет скорость биохимических реакций в клетках, влияя на большинство физиологических процессов от прохождения нервных импульсов до пищеварения. Слишком высокие или слишком низкие температуры губительны для организма. Высокая температура разрушает биополимеры (белки крови человека денатурируются уже при 41—42 °С), чрезмерно низкая — губительна для тканей.

В связи с сезонными переменами климата существа наделены свойством акклимации — возможностью изменять пределы выносливости. С наступлением осени морозоустойчивость растений постепенно повышается накоплением в клетках углеводов. Весной она резко снижается (в случае заморозков растения могут погибнуть). У животных при акклимации к зиме меняется шерстный или перьевой покров, увеличивается жировая прослойка, запасается подкожный жир. В теплое время года включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева, увеличивается количество испарений через покровы и дыхательную систему. Сезонная акклимация отлична от акклиматизации — приспособления к новому или изменившемуся круглогодичному комплексу биотических и абиотических факторов местности.

Насекомые, пресмыкающиеся, многие звери и растения переходят с наступлением осени в состояние зимнего покоя, сопровождающегося спячкой. Для защиты от переохлаждения количество воды в их организмах снижается. Чтобы избежать образования льда, в тканях повышается осмотическое давление внутренних жидкостей, накапливаются холодозащитные вещества, — в результате точка замерзания жидкостей может опускаться до -20 °С. Обмен веществ замедляется. Частота сердечных сокращений у суслика — около 300 ударов в минуту, а во время спячки — всего 3 удара, температура тела падает до +5 °С. Пустынные насекомые, грызуны и черепахи с наступлением жары впадают в летнюю спячку.

Некоторые существа способны к анабиозу — временному и обратимому сильному замедлению метаболических процессов. Энергия расходуется предельно экономно, обмен веществ почти прекращается. При восстановлении благоприятных условий жизнь организма возобновляется. Мухи, коловратки и нематоды выдерживают в состоянии анабиоза продолжительные понижения температуры до -190 °С. Анабиоз в сравнении с оцепенением (пониженной активностью вследствие недостатка тепла, влаги, пищи) и спячкой сопровождается более глубоким подавлением жизнедеятельности.

Организмы, способные обитать в широком диапазоне факторов среды, называют эврибионтными (<греч. eurys широкий), узком — стенобионтными (<греч. stenos узкий). Виды, обитающие в высоких широтах, как правило, эврибионтны. Тундровые песцы переносят колебания температур от +30 до -55 °С, даурская лиственница близ Верхоянска выдерживает температуру до -70 °С . Большая часть тропических животных и растений — стенобионты, снижение температуры до +5 °С для них губительно. Для большинства организмов благоприятным является диапазон от +15 до +30 °С.

В воде благодаря ее высокой теплоемкости колебания температуры существенно меньше, чем на суше. Поэтому водные виды обычно стенобионтны. Диапазон приспособленности некоторых видов антарктических рыб составляет всего 4 °С (от -2 до +2 °С). С повышением температуры до 0 °С интенсивность обмена веществ у них вырастает, а при +2 °С резко падает, и рыбы впадают в тепловое оцепенение.

Температура тела беспозвоночных и хордовых (за исключением птиц и млекопитающих) изменяется в зависимости от окружающей среды, поэтому их называют пойкилотермными (<греч. poikos переменчивый). Птицы и млекопитающие гомойо-термны (<греч. homoios подобный) — благодаря более высокой интенсивности обменных процессов и существенным затратам энергии температура их тела остается относительно постоянной (35—40 °С). Для лучшей теплоизоляции они наделены оперением, густой шерстью или подкожным жиром.

В популяциях теплокровных животных с продвижением на север уменьшаются выступающие части и увеличиваются средние размеры тела. Например, уссурийский тигр крупнее индийского, а полярный волк — красного южно-азиатского. Европейский бурый медведь весит 150—280 кг, камчатский — от 400 до 500 кг, а медведи Аляски и острова Вадьяк — около 800 кг.

Дело в том, что теплопо-тери пропорциональны площади поверхности тела, их удельная величина (на килограмм веса) падает с увеличением объема животного (S /V = 3/r — с ростом

шара шара

Температура кожи лап у чайки

^32 °С 15 °С 8 °С

0 °С

радиуса потери снижаются).

Многие северные виды наделены, по выражению биологов, «чудесной сетью» кровеносных сосудов. В ластах китов и лапах птиц вены расположены вплотную к артериям. Тепло артерий передается венам и возвращается в тело, температура конечностей и теплопотери резко снижаются.

Арктические растения — в основном стелющихся форм, их листья подушковидные. Благодаря такой конфигурации растения улавливают больше солнечного света и максимально используют тепло нагретой почвы.

Сообщества наземных организмов характеризуются широтной зональностью — сменой видов при продвижении от экватора к полюсам. Влажные тропические леса переходят в субтропики и далее в листопадный лес умеренного климата и низкорослую тундровую растительность. Типы природных сообществ определенных ландшафтно-географических зон называют биомами (например, биом тундры или хвойных лесов). Горные цепи и бассейны крупных рек способствуют проникновению теплолюбивых видов далеко на север. Горы защищают от холодных ветров, а водные массы служат резервуаром тепла, повышающим среднюю температуру почвы и воздуха. Вода обладает большой теплоемкостью, она запасает тепло и длительное время согревает окружающую среду. Создаваемый микроклимат формирует сочетание видов, порой не характерных для данного биома.

Радиационный фон. Высокоэнергетичная радиация способна ионизировать атомы, поэтому ее называют ионизирующим излучением. Часть этого излучения приходит из космического пространства, другая — от радиоактивных пород планеты. Это ядра гелия (а-частицы), поток электронов ф-частицы), гамма- и рентгеновское излучение. Радиационный фон ионизирующего излучения в разных местах планеты отличается в 3—4 раза. Меньше всего он на поверхности моря, а максимален на вершинах гранитных гор из-за меньшей толщины атмосферы и большего количества радиоактивных элементов в гранитных породах.

Наиболее чувствительны к радиации человек и высокоорганизованные животные. Даже небольшое повышение фона приводит к заметному возрастанию частоты мутаций. У высших растений наиболее чувствительно к радиации клеточное ядро, содержащее генетическую информацию. У животных определяющую роль играет чувствительность отдельных систем. Даже низкие дозы вызывают у млекопитающих повреждение быстро делящейся ткани костного мозга, поскольку в период деления генетический материал особенно уязвим. Неделящиеся нервные клетки повреждаются лишь при высоких уровнях облучения.

Рассеянные в окружающей среде радиоактивные элементы попадают в организмы также при движении по пищевым цепям (почва ^ растение ^ растительноядное животное ^ хищник). Умеренная радиация стимулирует рост ряда растений, но в целом радиация приводит к росту частоты мутаций и уродств, обеднению видового состава биоценозов.

. 1. По какой причине птицы и млекопитающие способны

переносить значительные перепады температур?

2. Почему водные виды стенобионтны?

3. Что называют акклимацией? Приведите примеры.

4. Почему радиация особенно опасна для высокоорганизованных существ?

5. В чем преимущества и недостатки пойкилотермных и го-мойотермных животных?

§ 64. Биотические факторы среды. Симбиоз

Виды организмов природных биоценозов сосуществуют в тесном и удивительно слаженном взаимодействии. Одни ученые полагают, что такие взаимодополняющие отношения сложились в результате миллионолетнего действия естественного отбора, другие признают автором этой гармонии Творца Вселенной. Взаимодействие с другими организмами дает питание и возможность размножения, защиту, смягчает неблагоприятные условия среды. Взаимоотношения организма с другими видами бывают трех типов: симбиоз, антибиоз и нейтрализм.

Симбиозом (<лат. sym вместе) называют взаимовыгодные отношения разных видов. К симбиотическим отношениям относят кооперацию, мутуализм и комменсализм. Антибиоз — взаимоотношения видов, при которых хотя бы один из них оказывает отрицательное влияние на другого. Антибиотические отношения подразделяют на конкуренцию (<лат. concurro сталкиваться), паразитизм и хищничество.