Что значит наземно воздушная среда обитания
Наземно-воздушная среда обитания ее факторы и особенности (Таблица)
Наземно-воздушная среда обитания — это биологическая среда жизни растений и организмов на поверхности земли и в нижних слоях атмосферы. Большинство эукариот живут в этой особой среде. Большинство животных, растений, некоторых грибов, простейших и бактерий распространены здесь.
На рисунке ниже показаны некоторые абиатические факторы наземно-воздушной среды обитания организмов.
Таблица наземно-воздушная среда обитания ее факторы хараткеристика и особенности
Характеристика, особенности наземно-воздушной среды
Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая снаружи. Основным источником ее является солнечная радиация (свет), на которую приходится 99,9% в общем балансе энергии земли.
Состав лучистой энергии, достигающей земной поверхности в ясный день
— Инфракрасное излучение 45%
— Ультрафиолетовое излучение 10%
Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение.
Биологическое действие солнечного излучения (функции и примеры):
—Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию; это важно в связи с проблемой сохранения воды.
—Фотопериодизм. Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно размножения) с временами года
—Движение. Фототропизм и фотонастия у растений; важны для того, чтобы обеспечить растению достаточную освещенность. Фототаксис у животных и одноклеточных растений; необходим для нахождения подходящего местообитания
—Зрение у животных. Одна из главных сенсорных функций
— Прочие процессы. Синтез витамина D у человека
Экологические группы растений по отношению к свету.
— Светолюбивые, или гелиофиты — растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;
Для животных свет не является таким необходимым фактором. Свет для животных необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Различают виды животных: светолюбивые, или фотофилы; теплолюбивые, или фотофобы.
Важнейшим экологическим фактором в жизни организмов наземно-воздушной среды обитания является вода. Она служит основной частью протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных клеток. Только при наличии воды в организме могут осуществляться биохимические процессы ассимиляции и диасимиляции, газообмен. Содержание воды в организме животных и растений в период их активной жизнедеятельности довольно высокое.
Содержание воды в различных организмах, % к массе тела (из КубанцеваБС, 1973г.)
По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы:
— ксерофильные (сухолюбивые) и
— мезофильные, предпочитающие умеренную влажность.
Экологические группы растений по отношению к воде.
— Ксерофиты- растут в местах с недостаточным увлажнением и имеют приспособления, позволяющие добывать воду при ее недостатке, ограничивать испарения воды или запасать ее на время засухи
Сухой воздух на высоте уровня моря состоит (по объему) из 78% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа; не менее 1% приходится на инертные газы.
_______________
Источник информации:
1. ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997.
2. Общая экология (в схемах и в таблицах)/ Бексеитов Т.К., Павлодар — 2004.
§ 11. Наземно-воздушная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в наземно-воздушной среде
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 11. Наземно-воздушная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в наземно-воздушной среде |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Понедельник, 6 Декабрь 2021, 12:03 |
Оглавление
Преамбула
В ходе эволюции наземно-воздушная среда жизни была освоена организмами позже, чем водная. Отличительными особенностями экологических факторов в наземно-воздушной среде являются: высокая интенсивность света, значительные колебания температуры и влажности воздуха, его низкая плотность и давление, высокое содержание кислорода. При этом наблюдается хорошо выраженная зависимость количественных значений этих факторов от географического положения местности, смены сезонов и времени суток.
Газовый режим наземно-воздушной среды
Одним из компонентов наземно-воздушной среды является воздух (смесь различных газов). Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функцию опоры для организмов (за исключением летающих насекомых и птиц). Именно низкая плотность воздуха определяет его незначительное сопротивление при передвижении организмов по поверхности почвы. В то же время она затрудняет их перемещение в вертикальном направлении. Низкая плотность воздуха обусловливает также низкое давление на суше (760 мм рт. ст. = 1 атм). С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается. На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое давление может ограничивать распространение видов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни находится на высоте около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно такие же пределы продвижения в горы растений. Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности.
Воздух меньше, чем вода, препятствует проникновению солнечного света, так как имеет более высокую прозрачность.
В настоящее время атмосфера состоит в основном из азота, кислорода и относительно небольшого количества аргона и углекислого газа. Все остальные имеющиеся в атмосфере газы содержатся лишь в следовых количествах.
Кислород и углекислый газ, как правило, не являются лимитирующими факторами. Кислород — из-за постоянно высокого содержания в воздухе, а углекислый газ — из-за высокой скорости возобновления. Однако особое значение для организмов имеет относительное содержание кислорода и углекислого газа (21 % О2 : 0,03 % CО2).
Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. Например, при отсутствии ветра в центре больших городов его концентрация возрастает в десятки раз. Это приводит к развитию гипоксии и обострению сердечно-сосудистых заболеваний у людей. Повышенное насыщение воздуха углекислым газом возникает в зонах вулканической активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа.
Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фотосинтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, искусственно увеличив концентрацию углекислого газа. Этим приемом пользуются в практике тепличного и оранжерейного хозяйства.
Молекулярный азот воздуха по причине малой химической активности является недоступным для эукариот, но ряд прокариот (клубеньковые бактерии, азотобактер, цианобактерии) обладает способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот (биологическая азотфиксация).
В качестве примесей в воздухе присутствуют водяные пары и различные загрязнители. За последнее столетие в результате хозяйственной деятельности человека в атмосфере резко повысилось содержание различных загрязнителей. Среди них наиболее опасными являются: оксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, тяжелые металлы, углеводороды. Ныне живущие организмы практически не приспособлены к ним. По этой причине загрязнение атмосферы является глобальной экологической проблемой. Для ее решения требуется осуществление природоохранных мероприятий на уровне всех государств земного шара.
Перемещение воздуха в горизонтальном направлении из области высокого атмосферного давления в область более низкого — ветер является одним из значимых экологических факторов наземно-воздушной среды. Ветер может вызывать перемещение песков в пустынях (песчаные бури). Он способен выдувать органические частицы почвы на любом рельефе, снижая плодородие земель (ветровая эрозия). Ветер оказывает механическое воздействие на растения. Он способен вызывать ветровалы (выворачивание деревьев с корнями), буреломы (переломы стволов деревьев), деформацию кроны деревьев. Перемещение воздушных масс существенно влияет на распределение осадков и температурный режим в наземно-воздушной среде.
Водный режим наземно-воздушной среды
Из курса географии вы знаете, что наземно-воздушная среда может быть как предельно насыщена влагой (тропики), так и очень бедна ею (пустыни). Осадки распределяются неравномерно как по сезонам, так и по географическим зонам. Влажность в среде колеблется в широком диапазоне. Она является основным лимитирующим фактором для живых организмов.
Температурный режим наземно-воздушной среды
Температура в наземно-воздушной среде имеет выраженную суточную и сезонную периодичность. Организмы адаптировались к ней с момента выхода жизни на сушу. Поэтому температура реже, чем влажность, проявляет себя как лимитирующий фактор. Однако в высоких широтах лимитирующее действие температуры усиливается. Жизнедеятельность большинства организмов ограничена температурным интервалом от 0 до +40 ºС. Многие наземные организмы способны переносить отрицательные температуры в неактивном состоянии.
Воздух, в отличие от водной среды, обладает низкой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, что обусловливает быстрое нагревание и охлаждение воздушных масс. Поэтому у живых организмов в связи с этим возникли соответствующие адаптации.
Адаптации растений к жизни в наземно-воздушной среде
С выходом растений на сушу у них появились ткани. Строение тканей растений вы изучали в главе 0. В связи с тем, что воздух не может служить надежной опорой, у растений возникли механические ткани (древесные и лубяные волокна). Широкий диапазон изменения климатических факторов стал причиной формирования плотных покровных тканей (перидермы и корки). Нахождение воды и питательных веществ в почве обусловило появление проводящих тканей (ксилемы и флоэмы), формирование корня, стебля и листьев. Благодаря подвижности воздуха (ветру) у растений сформировались приспособления к опылению, распространению спор, пыльцы, плодов и семян. С их разнообразием вы познакомились в 7-м классе при изучении размножения растений.
Адаптации животных к жизни в наземно-воздушной среде
Жизнь животных во взвешенном состоянии в воздухе невозможна из-за его низкой плотности. Но многие из видов (насекомые, птицы) приспособились к активному полету и могут длительно находиться в воздухе. Перемещение воздушных масс в горизонтальном и вертикальном направлениях используется некоторыми мелкими организмами для пассивного расселения. Таким способом расселяются протисты, пауки, насекомые. Низкая плотность воздуха стала причиной совершенствования у животных в процессе эволюции наружного (членистоногие) и внутреннего (позвоночные) скелетов. По этой же причине имеет место ограничение предельной массы и размеров тела наземных животных. Самое крупное ныне существующее животное суши — слон (масса до 5 т) гораздо меньше морского гиганта — синего кита (до 150 т). Благодаря появлению разных типов конечностей млекопитающие смогли заселить разнообразные по характеру рельефа участки суши.
У животных, обитающих в засушливых регионах, появились приспособления к добыванию и удержанию в теле воды. Так, слоновая черепаха запасает воду в мочевом пузыре; многие насекомые, грызуны и другие животные получают воду с пищей; некоторые млекопитающие избегают дефицита влаги путем отложения жира, при окислении которого образуется метаболическая вода. За счет метаболической воды живут многие насекомые, питающиеся сухим кормом, верблюды, курдючные овцы, жирнохвостые тушканчики.
Пустынная австралийская жаба в период дождей запасает в больших подкожных «мешках» и полостях тела так много воды, что раздувается и становится похожей на шишковатый теннисный мяч. Под землей, в норе на глубине 30—35 см, она выделяет специальную слизь, которая дополнительно защищает животное от потери влаги. Благодаря таким приспособлениям жаба может выдержать засуху целый год и даже больше. С давних времен, зная эти особенности местных земноводных, аборигены Австралии разыскивают их в пустыне, чтобы утолить жажду.
Таким образом, для жизни в наземно-воздушной среде у животных имеются следующие приспособления:
1) крылья для полета либо конечности для передвижения по суше;
2) наружные покровы для защиты от низких или высоких температур;
3) наружный или внутренний скелет для поддержания тела в воздушном пространстве;
4) приспособления для добывания и удержания в теле воды.
Повторим главное. В наземно-воздушной среде воздух имеет низкую плотность и давление, высокую прозрачность и содержание кислорода. Влажность в среде является основным лимитирующим фактором и зависит от климатического пояса. У растений и животных к жизни в наземно-воздушной среде выработались разнообразные адаптации. У растений появились механические, покровные и проводящие ткани, сформировались органы. Наличие ветра привело к развитию у них приспособлений для опыления, распространения спор, семян и плодов. У животных для перемещения в воздушных массах сформировались приспособления к полету, а для передвижения по суше — разные типы конечностей. Низкая плотность воздуха стала причиной дальнейшего развития у них наружного и внутреннего скелетов. Непостоянство условий среды привело к формированию защитных покровов тела у животных.
Проверим знания
1. Охарактеризуйте свойства воздуха как компонента наземно-воздушной среды.
2. Какие факторы наземно-воздушной среды являются лимитирующими? Почему?
3. Назовите наиболее опасные загрязнители воздуха. В чем их опасность?
1. Обоснуйте необходимость появления у растений в связи с выходом в наземно-воздушную среду тканей: механических, покровных, проводящих.
2. Чем обусловлена необходимость появления у животных, обитающих в наземно-воздушной среде, разных типов конечностей? Приведите примеры животных с разными типами конечностей.
* 3. Установите соответствие между средами жизни и их характеристиками. Среды жизни: 1 — наземно-воздушная; 2 — водная. Характеристики: а) плотность высокая; б) разнообразие условий низкое; в) лимитирующий фактор — влажность; г) лимитирующий фактор — обеспеченность кислородом; д) плотность низкая.
*Индивидуальное домашнее задание. Возьмите в качестве объектов наблюдения по одному растению и животному из ближайшего окружения. Составьте характеристику их адаптаций к жизни в наземно-воздушной среде. Определите, к каким из факторов среды выработаны данные адаптации.
Наземно-воздушная среда обитания: особенности
Газовый режим наземно-воздушной среды
Отличительной особенностью наземно-воздушной среды является наличие в ней воздуха (смеси различных газов).
Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функцию опоры для организмов (за исключением летающих). Именно низкая плотность воздуха определяет его незначительное сопротивление при передвижении организмов по поверхности почвы.
В то же время она затрудняет их перемещение в вертикальном направлении. Низкая плотность воздуха обусловливает также низкое давление на суше (760 мм рт. ст. = 1 атм). Воздух меньше, чем вода, препятствует проникновению солнечного света. Он имеет более высокую прозрачность, чем вода.
Газовый состав воздуха постоянен (об этом вы знаете из курса географии). Кислород и углекислый газ, как правило, не являются лимитирующими факторами.
В качестве примесей в воздухе присутствуют водяные пары и различные загрязнители.
За последнее столетие в результате хозяйственной деятельности человека в атмосфере резко повысилось содержание различных загрязнителей. Среди них наиболее опасными являются: оксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, тяжелые металлы, углеводороды и др. Ныне живущие организмы практически не приспособлены к ним. По этой причине загрязнение атмосферы является серьезной глобальной экологической проблемой.
Для ее решения требуется осуществление природоохранных мероприятий на уровне всех государств Земли.
Воздушные массы перемещаются в горизонтальном и вертикальном направлениях. Это приводит к появлению такого экологического фактора, как ветер. Ветер может вызывать перемещение песков в пустынях (песчаные бури).
Он способен выдувать почвенные частицы на любом рельефе, снижая плодородие земель (ветровая эрозия). Ветер оказывает механическое воздействие на растения.
Он способен вызывать ветровалы (выворачивание деревьев с корнями), буреломы (переломы стволов деревьев), деформацию кроны деревьев. Перемещение воздушных масс существенно влияет на распределение осадков и температурный режим в наземно-воздушной среде.
Водный режим наземно-воздушной среды
Из курса географии вы знаете, что наземно-воздушная среда может быть как предельно насыщена влагой (тропики), так и очень бедна ею (пустыни).
Осадки распределяются неравномерно как по сезонам, так и по географическим зонам. Влажность в среде колеблется в широком диапазоне. Она является основным лимитирующим фактором для живых организмов.
Температурный режим наземно-воздушной среды
Температура в наземно-воздушной среде имеет суточную и сезонную периодичность.
Организмы адаптировались к ней с момента выхода жизни на сушу. Поэтому температура реже, чем влажность, проявляет себя как лимитирующий фактор.
Адаптации растений и животных к жизни в наземно-воздушной среде
С выходом растений на сушу у них появились ткани. Строение тканей растений вы изучали в курсе биологии 7-го класса.
В связи с тем что воздух не может служить надежной опорой, у растений возникли механические ткани (древесные и лубяные волокна). Широкий диапазон изменения климатических факторов стал причиной формирования плотных покровных тканей — перидермы, корки. Благодаря подвижности воздуха (ветру) у растений сформировались приспособления к опылению, распространению спор, плодов и семян.
Жизнь животных во взвешенном состоянии в воздухе невозможна из-за его низкой плотности.
Многие из видов (насекомые, птицы) приспособились к активному полету и могут длительно пребывать в воздухе. Но их размножение происходит на поверхности почвы.
Перемещение воздушных масс в горизонтальном и вертикальном направлениях используется некоторыми мелкими организмами для пассивного расселения.
Таким способом расселяются протисты, пауки, насекомые. Низкая плотность воздуха стала причиной совершенствования у животных в процессе эволюции наружного (членистоногие) и внутреннего (позвоночные) скелетов. По этой же причине имеет место ограничение предельной массы и размеров тела наземных животных.
Самое крупное животное суши — слон (масса до 5 т) гораздо меньше морского гиганта — синего кита (до 150 т). Благодаря появлению разных типов конечностей млекопитающие смогли заселить разнообразные по характеру рельефа участки суши.
Общая характеристика почвы как среды жизни
Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в результате взаимодействия климатических и биологических факторов с подстилающей породой (песок, глина и т. д.). Почва контактирует с воздушной средой и выполняет функцию опоры для наземных организмов.
Она является также источником минерального питания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов организмов. Для почвы характерны следующие свойства: плотность, влажность, температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), реакция среды (рН), засоленность.
Плотность почвы увеличивается с глубиной. Влажность, температура и аэрация почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1-1,5 м уже не прослеживаются.
Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию, и наоборот. Гидротермический режим почвы и ее аэрация зависят от структуры почвы. Глинистые почвы по сравнению с песчаными сильнее удерживают влагу.
Но они хуже аэрируются и хуже прогреваются. По реакции среды почвы разделяются на три вида: кислые (рН 7,0).
Адаптации растений и животных к жизни в почве
Почва в жизни растений выполняет функции закрепления, водоснабжения, источника минерального питания.
Концентрация питательных веществ в почве привела к развитию у растений корневой системы и проводящих тканей.
Животные, обитающие в почве, имеют ряд адаптаций. Для них характерны разные способы передвижения в почве. Это может быть рытье ходов и нор, как у медведки и крота. Дождевые черви могут раздвигать почвенные частицы и прокладывать ходы. Личинки насекомых способны ползать среди почвенных частиц. В связи с этим в процессе эволюции выработались соответствующие адаптации.
У землероющих организмов появились копательные конечности. У кольчатых червей имеется гидростатический скелет, а у насекомых и многоножек — коготки.
Почвенные животные имеют короткое компактное тело с ненамокающими покровами (млекопитающие) или покрытое слизью.
Жизнь в почве как среде обитания привела к атрофии или недоразвитию органов зрения. У крота крошечные, недоразвитые глаза часто скрыты под складкой кожи. Для облегчения перемещения в узких почвенных ходах шерсть у кротов приобрела способность укладываться в двух направлениях.
В наземно-воздушной среде организмы окружены воздухом. Он имеет низкую влажность, плотность и давление, высокую прозрачность и содержание кислорода. Влажность является основным лимитирующим фактором.
Почва как среда жизни характеризуется высокой плотностью, определенным гидротермическим режимом, аэрацией. У растений и животных к жизни в наземно-воздушной и почвенной средах выработались разнообразные адаптации.
4.3.1. Общая характеристика наземно-воздушной среды.
4.3.2. Солнечное излучение и его роль и в жизни наземных организмов.
Влияние температуры на живые организмы.
4.3.4. Специфика теплообмена растений и животных.
4.3.5. Роль влажности в жизни наземных организмов.
4.3.6. адаптации наземных растений и животных к водному режиму.
4.3.7. Совместное действие температуры и влажности.
4.3.8. Загрязнение атмоферы и основые методы отчистки выбросов от примесей.
4.3.1 Общая характеристика наземно-воздушной среды
В процессе эволюции биосферы наземно-воздушная среда была освоена живыми организмами значительно познее водной.
Низкая плотность и, как следствие, незначительное подъемная сила вздуха, потребовали развитие механических тканей у растений и твердого (реже гидростатического) скелета у животных.
Малая подъемная сила воздуха привела к тому,что по размерам и массе наземные организмы уступают водным. В то же время малая плотность воздуха и его низкая сопротивляемость позволила почти 75% всех наземных животных приспособиться к активному полету или пассивному перемещению в подвижных воздушных массах.
Ветер является и своебразным формообразующим фактором — придает флагообразную форму деревьям, элиминирует плохих летунов.
Сейчас важнейшие экологические особенности нашей планеты определяется наличием и свойствами ее газовой оболочки атмосферы (atmos- пар).
Считается, что она формировалась с 4 этапа из газов, выделенных при формировании планеты, под влиянием солнечного излучения, химических реаций между ее компанентам и породами, деятельностью живых организмов. В настоящее время атмосфера имеет слоистую сферическую структуру, которая в основном определяется особенностью вертикального распредение температур (термическая структура).
Обычно в не выделяют следующие слои :
— Тропосферу(tropos- поворот), простирающиеся до высоты 7-18 км и включающую около 80% всей массы воздуха.
Здесь наблюдается перепад температур от +70 до — 
;
— Стратосферу (stratos- слой), которая простирается до 50-55 км и отличается повышением температуры у верней границы до + 
;
— Мезосферу, которая простирается до 80 км.
— Экзосферу – сферу утечки Н2 и Не, образующих вокруг земли корону до 10-20 тыс.км.
Температура зесь достигает 
Каждая из них отличается определенным сочетанием физических и химических факторов, среди которых наиболее солнечное излучение, темпе ратура, влажность и химический состав.
Наиболее ярко их комплексное воз действие проявляется в тропосфере.
4.3.2. Солнечное излучение и его роль в жизни наземных организмов.
Солнечное излучение поступает на Землю в виде элементарных частиц разной длины волны, сумманая энергия которой составляет 2 кал/ 
-мин (солнечная постоянная).
Из общего количества 42% радиации отражается в космическое пространство, 15% поглощается атмосферой и лишь 43% достигает земной поверхности (в т.ч. 27% прямая и 16% рассеянная). Наибольшее значение имеют:
— электромагнитны волны (волны Герца), влияющие на ориентировочные способности насекомых, червей и птиц;
— лучи Рентгена, в больших дозах нарушающие функции важнейших систем жизнеобеспечения, а в малых вызывающие мутации в генофонде;
— ультрафиолетовые лучи, способствуют образованию защитных пигментов в коже и провитамина Д, обладают бактерицидным действием;
— инфракрасные лучи, влияющие на ход окислительных процессов и двигательные реакции;
— видимые лучи (около 50% всего спектра).
Наибольшее значение видимые лучи имеют для растений, поскольку влияют на образование хлорофилла, обеспечивают фотосинтез, синтез белков и нуклеиновых кислот, влияют на ростовые процессы, оказывают формообразующее воздействие, определяют сроки цветения, плодоношения и других фенологических явлений.
Однако разные части видимого спектра влияют неодинакого. Так, растения, поглощающие красные и оранжевые лучи, располагаются обычно на открытых участках, а в лесу занимают верхние ярусы; улавливающие зеленые и желтые лучи – занимают низшие ярусы (в тени).
Разная продолжительность освещенности в различных природных зонах определила формирование длиннодневных видов (обитателей высоких и умеренных широт) и короткодневных (обитателей низких широт).
Ряд адаптаций выработался и по отношению к световому режиму. По их совокупности выделяют растения:
— светолюбивые (гелиофиты), населяющие открытые места.
Отличаются приземистостью, сильным ветвлением, розеточностью, листья фотосинтетической способностью;
— тенелюбивые (сциофиты)- антиподы первых;
— теневыносливые, с промежуточными признаками (это большинство растений наших лесов).
Для животных свет имеет меньшее, главным образом, информационное значение (облегчает поиск пищи, половых партнеров, обеспечивает избегание врагов, ориентацию в пространстве).
Однако полнота зрительного восприятия у них неодинакова и зависит от эволюционного уровня группы и образа жизни конкретных видов.
В процессе эволюции различные животные приспосабливались к освещению определенной длительности (длинно- и короткодневные), в условиях слабой (ночные, сумеречные – фотофобы) или сильной освещенности (дневные – фотофилы). Отношение к освещенности влияет и на распространение животных. Так, в высоких и умеренных широтах очнь мало ночных видов, а в тропиках количество дневных и ночных видов примерно одинакого.
В то же время, ночные животные в условиях длинного дня менее плодовиты. Суточные и сезонные смены освещенности и общего количества света (фотопериодизм ) определяют так же чередование периодов покоя и активности жиаотных и ряд связанных с ними циклических биологических явлений (размножения, линьки, миграций). Световой режим здесь выступает в роли сигнального фактора, своеобразного механизма, включающего ряд физиологических процессов и внутренние биологические часы.
Характеристика наземно-воздушной среды жизни
Наземно-воздушная среда более сложная для жизни, она отличается высоким содержанием кислорода, малым количеством водяных паров, низкой плотностью и т.д. Это сильно изменило условия дыхания, водообмена и передвижения живых существ.
Организмы воздушной среды должны иметь собственную опорную систему, поддерживающую тело: растения – разнообразные механические ткани, животные – твердый или гидростатический скелет. Малая плотность воздуха обеспечивает низкую сопротивляемость передвижения.
Поэтому многие наземные животные приобрели способность к полету. Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы вертикальным и горизонтальным потокам воздушных масс возможен пассивный полет организмов. В связи с этим у многих видов развита анемохория – расселение с помощью воздушных потоков. Анемохория характерна для спор, семян и плодов растений, цист простейших, мелких насекомых, пауков и т.д.
Пассивно переносимые потоками воздуха организмы получили в совокупности название аэро планктона. Наземные организмы существуют в условиях сравнительно низкого давления, обусловленного малой плотностью воздуха. В норме оно равно 760 мм ртутного столба.
С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается. Низкое давление может ограничивать распространенность видов в горах. Для позвоночных животных верхняя граница жизни – около 60 мм. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно такие же пределы продвижения в горах имеют высшие растения.
Несколько более выносливы членистоногие, которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности. Газовый состав воздуха. Кроме физических свойств воздушной среды, для существования наземных организмов очень важны ее химические свойства.
Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 78,1%, кислород – 21,0%, аргон – 0,9%, углекислый газ – 0,003% от объема). Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ у наземных организмов по сравнению с первичноводными. Именно в наземной обстановке, на базе высокой эффективности окислительных процессов в организме, возникла гомойтермия животных. Кислород из-за постоянного его высокого содержания в воздухе не является лимитирующим фактором жизни в наземной среде.
Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах. Повышенное насыщение воздуха СО? возникает в зонах вулканической активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа. В высоких концентрациях углекислый газ токсичен. В природе такие концентрации встречаются редко.
Низкое содержание СO2 тормозит процесс фотосинтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, увеличив концентрацию углекислого газа.
Этим пользуются в практике тепличного и оранжерейного хозяйства. Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды является инертным газом, но отдельные микроорганизмы (клубеньковые бактерии, азотбактерии, сине-зеленые водоросли и др.) обладают способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот веществ.
Дефицит влаги – одна из существенных особенностей наземно-воздушной среды жизни. Вся эволюция наземных организмов шла под знаком приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности среды на суше очень разнообразны – от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами в некоторых районах тропиков до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь.
Также значительна суточная и сезонная изменчивость содержания водяных паров в атмосфере. Водо обеспеченность наземных организмов зависит также от режима выпадения осадков, наличия водоемов, запасов почвенной влаги, близости фунтовых вод и т.д. Это привело к развитию у наземных организмов адаптации к различным режимам водо обеспечения. Температурный режим. Следующей отличительной чертой воздушно-наземной среды являются значительные температурные колебания. В большинстве районов суши суточные и годовые амплитуды температур составляют десятки градусов.
Устойчивость к температурным изменениям среды у наземных обитателей очень различна, в зависимости от того, в каком конкретном местообитания проходит их жизнь. Однако в целом наземные организмы значительно более эвритермны по сравнению с водными организмами. Условия жизни в наземно-воздушной среде осложняются, кроме того, существованием погодных изменений. Погода – непрерывно меняющиеся состояния атмосферы у заемной поверхности, до высоты примерно в 20 км (граница тропосферы). Изменчивость погоды проявляется в постоянном варьировании сочетания таких факторов среды, как температура, влажность воздуха, облачность, осадки, сила и направление ветра и т.д.
Многолетний режим погоды характеризует климат местности. В понятие «Климат» входят не только средние значения метеорологических явлений, но также их годовой и суточный ход, отклонение от него и их повторяемость. Климат определяется географическими условиями района.
Основные климатические факторы – температура и влажность – измеряются количеством осадков и насыщенностью воздуха водяными парами. Для большинства наземных организмов, особенно мелких, не столько важен климат района, сколько условия их непосредственного обитания.
Очень часто местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность и т.д.) так изменяют в конкретном участке режим температур, влажности, света, движения воздуха, что он значительно отличается от климатических условий местности.
Такие модификации климата, складывающиеся в приземном слое воздуха, называются микроклиматом. В каждой зоне микроклимат очень разнообразен. Можно выделить микроклиматы очень небольших участков. Световой режим наземно-воздушной среды также обладает некоторыми особенностями. Интенсивность и количество света здесь наиболее велики и практически не лимитируют жизнь зеленых растений, как в воде или почве.
На суше возможно существование чрезвычайно светолюбивых видов. Для подавляющего большинства наземных животных с дневной и даже ночной активностью зрение представляет собой один из основных способов ориентации. У наземных животных зрение имеет важное значение для поисков добычи, многие виды обладают даже цветным зрением. В связи с этим у жертв возникают такие приспособительные особенности, как защитная реакция, маскирующая и предупреждающая окраска, мимикрия и т.д. У водных обитателей такие адаптации развиты значительно меньше.
Возникновение ярко окрашенных цветков высших растений также связано с особенностями аппарата опылителей и в конечном счете – со световым режимом среды. Рельеф местности и свойства грунта – также условия жизни наземных организмов и, в первую очередь, растений.
Свойства земной поверхности, оказывающие экологическое воздействие на ее обитателей, объединяются «эдафическими факторами среды» (от греческого «эдафос» – «почва»). По отношению к разным свойствам почв можно выделить целый ряд экологических групп растений.
Так, по реакции на кислотность почвы различают: 1) ацидофильные виды – растут на кислых почвах с рН не менее 6,7 (растения сфагновых болот); 2) нейтрофильные – склонны расти на почвах с рН 6,7–7,0 (большинство культурных растений); 3) базифильные – растут при рН более 7,0 (мордовник, лесная ветренница); 4) индиферентные – могут произрастать на почвах с разным значением рН (ландыш).
Отличаются растения и по отношению к влажности почвы. Определенные виды приурочены к разным субстратам, например, петрофиты растут на каменистых почвах, пасмофиты заселяют сыпучие пески. Рельеф местности и характер грунта влияют на специфику передвижения животных: например, копытных, страусов, дроф, живущих на открытых пространствах, твердом грунте, для усиления отталкивания при беге.
У ящериц, обитающих в сыпучих песках, пальцы окаймлены бахромой из роговых чешуек, увеличивающих опоры. Для наземных обитателей, роющих норы, плотный грунт неблагоприятен. Характер почвы в определенных случаях влияет на распределение наземных животных, роющих норы или зарывающихся в грунт, или откладывающих яйца в почву и т.д.
Наземно-воздушная среда обитания
В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток.
Среда газообразная, поэтому характеризуется низкими влажностью, плотностью и давлением, высоким содержанием кислорода.
Характеристика абиотических факторов среды света, температуры, влажности – см предыдущую лекцию.
Газовый состав атмосферы также является важным климатическим фактором.
В настоящее время атмосфера состоит в основном из азота, кислорода и относительно меньшего количества аргона и углекислого газа.
Все остальные имеющиеся в атмосфере газы содержатся лишь в следовых количествах. Особое значение для биоты имеет относительное содержание кислорода и углекислого газа.
Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ у наземных организмов по сравнению с первично-водными. Именно в наземной обстановке, набазе высокой эффективности окислительных процессов в организме, возникла гомойотермия животных.
Кислород, из-за постоянно высокого его содержания в воздухе, не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде. Лишь местами, в специфических условиях, создается временный его дефицит, например в скоплениях разлагающихся растительных остатков, запасах зерна, муки и т. п.
Содержание углекислого газа может изменяться в отдельных участках приземного слоя воздуха в довольно значительных пределах.
Например, при отсутствии ветра в центре больших городов концентрация его возрастает в десятки раз. Закономерны суточные изменения содержания углекислоты в приземных слоях, связанные с ритмом фотосинтеза растений, и сезонные, обусловленные изменениями интенсивности дыхания живых организмов, преимущественно микроскопического населения почв.
Повышенное насыщение воздуха углекислым газом возникает в зонах вулканической активности, возле термальных источников и других подземных выходов этого газа. Низкое содержание углекислого газа тормозит процесс фотосинтеза. В условиях закрытого грунта можно повысить скорость фотосинтеза, увеличив концентрацию углекислого газа; этим пользуются в практике тепличного и оранжерейного хозяйства.
Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды представляет инертный газ, но ряд микроорганизмов (клубеньковые бактерии, азотобактер, клостридии, сине-зеленые водоросли и др.) обладает способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.
Местные примеси, поступающие в воздух, также могут существенно влиять на живые организмы.
Это особенно относится к ядовитым газообразным веществам — метану, оксиду серы (IV), оксиду углерода (II), оксиду азота (IV), сероводороду, соединениям хлора, а также к частицам пыли, сажи и т.п., засоряющим воздух в промышленных районах. Основной современный источник химического и физического загрязнения атмосферы антропогенный: работа различных промышленных предприятий и транспорта, эрозия почв и т. п. Оксид серы (SО2), например, ядовит для растений даже в концентрациях от одной пятидесятитысячной до одной миллионной от объема воздуха..
Некоторые виды растений особо чувствительны к S02 и служат чутким индикатором его накопления в воздухе (например, лишайники.
Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную опорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело: растения — разнообразными механическими тканями, животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим, скелетом.
Кроме того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном, состоянии в воздухе невозможна. Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями(анемохория), многие животные способны к активному полету, однако у всех этих видов основная функция их жизненного цикла — размножение — осуществляется на поверхности земли.
Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.
Ветер оказывает лимитирующее воздействие на активность и даже распространение организмов. Ветер способен даже изменять внешний вид растений, особенно в тех местообитаниях, например в альпийских зонах, где лимитирующее воздействие оказывают другие факторы.
В открытых горных местообитаниях ветер лимитирует рост растений, приводит к искривлению растений с наветренной стороны. Кроме того, ветер усиливает эвапотранспирацию в условиях низкой влажности. Большое значение имеют бури, хотя их действие сугубо локально. Ураганы, да и обычные ветры, способны переносить животных и растения на большие расстояния и тем самым изменять состав сообществ.
Давление, по-видимому, не является лимитирующим фактором непосредственного действия, однако оно имеет прямое отношение к погоде и климату, которые оказывают непосредственное лимитирующее воздействие.
Малая плотность воздуха обусловливает сравнительно низкое давление на суше. В норме оно равно 760 мм рт.,ст. С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается.
На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое давление может ограничивать распространение видов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно таковы же пределы продвижения в горы высших растений.
Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности.
В целом все наземные организмы гораздо более стенобатны, чем водные.
Требования к воздушной среде
Гигиенические свойства воздушной среды определяются не только ее химическим составом, но и физическим состоянием: температурой, влажностью, давлением, подвижностью, напряжением электрического поля атмосферы, солнечной радиацией и др.
Для нормальной жизнедеятельности человека огромное значение имеет постоянство температуры тела и окружающей среды, что оказывает влияние на равновесие процессов теплообразования и теплоотдачи.
Высокая температура окружающего воздуха затрудняет отдачу тепла, что приводит к повышению температуры тела. При этом учащаются пульс и дыхание, нарастает утомляемость, падает работоспособность.
Электрическое и магнитное поля атмосферы также влияют на человека.
Например, отрицательные электрочастицы воздуха положительно действуют на организм (снимают утомляемость, повышают работоспособность), а положительные ионы, наоборот, угнетают дыхание и т. д.
В воздухе содержатся примеси разного происхождения: пыль, дым, различные газы. Все это отрицательно сказывается на здоровье людей, животных и жизнедеятельности растений.
Кроме пыли, в воздухе содержатся и микроорганизмы – бактерии, споры, плесневые грибки и др.
Их особенно много в закрытых помещениях.
Микроклимат школьных помещений.Микроклиматом называют совокупность физико-химических и биологических свойств воздушной среды. Для школы эту среду составляют ее помещения, для города – его территория и т. д. Гигиенически нормальный воздух в школе – важное условие успеваемости и работоспособности учеников. При длительном пребывании в классе или кабинете 35–40 учеников воздух перестает отвечать гигиеническим требованиям.
Изменяются его химический состав, физические свойства и бактериальная загрязненность. Все эти показатели резко возрастают к концу уроков.
Наиболее благоприятными условиями в классе являются температура 16–18 °C и относительная влажность 30–60 %.
При этих нормах дольше всего сохраняется работоспособность и хорошее самочувствие учащихся.
При этом разница температуры воздуха по вертикали и горизонтали класса не должна превышать 2–3 °C, а скорость движения воздуха – 0,1–0,2 м/с.
Естественная вентиляция. Приток наружного воздуха в помещение ввиду разности температуры и давления через поры и щели в строительном материале или через специально проделанные проемы называют естественной вентиляцией.
Для проветривания классных комнат по такому типу используют форточки и фрамуги.