Введение
Экология — это наука о взаимосвязях организмов друг с другом и с окружающей их средой.
То, за счёт чего окружающая среда влияет на организмы, называется экологическими факторами. Их делят на 3 группы:
- Абиотические факторы — это все воздействия окружающей среды, которые могут влиять на организмы: освещённость, температура среды, влажность, давление, содержание кислорода и других веществ, состав почвы, рельеф местности и так далее.
- Биотические факторы — это все воздействия одних организмов на другие: конкуренция, поедание одних организмов другими, опыление растений животными, создание одними организмами местообитания для других и т.д. Заболевания, эпидемии также относятся к биотическим факторам, поскольку вызываются живыми организмами — бактериями, простейшими и вирусами.
- Антропогенные факторы — это все воздействия людей на природу: охота, рыбалка, вырубка лесов, пожары, вызванные человеком, распашка земель и создание агроценозов, осушение болот, добыча ископаемых, разрушение местообитаний и т.д.
Свет как абиотический фактор
Солнечное излучение состоит из волн разной длины, которые отличаются по свойствам и воздействию на организмы.
- Ультрафиолетовое излучение — образовано короткими волнами с длиной волны менее 380 нм. Является мутагеном (вызывает повреждения ДНК), поэтому губительно действует на клетки и организмы. Наиболее опасные короткие УФ лучи отражаются озоновым экраном атмосферы, более длинные проникают в атмосферу и достигают поверхности земли, обладают бактерицидным эффектом (вызывают гибель бактерий, поэтому в больницах для обеззараживания используют УФ-лампы), стимулируют синтез витамина Д и меланина в коже человека, но в больших количествах опасны, вызывают повреждения клеток. Человек не видит ультрафиолетовое излучение, но смотреть на его источник нельзя, поскольку ультрафиолетовые волны вызывают ожог сетчатки. Некоторые животные могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне, например, насекомые, некоторые птицы и обитатели морей: рыбы, моллюски, ракообразные.
- Видимое излучение — образовано волнами с длиной 380-780 нм и воспринимается рецепторами глаза (колбочками) как набор цветов, зависящий от длины волны. Видимое излучение необходимо для ориентации с помощью зрительного анализатора животным и для фотосинтеза растениям, волны такой длины вызывают возбуждение хлорофилла.
- Инфракрасное излучение — образовано волнами с длиной более 780 нм и является источником тепловой энергии. ИК излучение выделяется Солнцем, огнём и всеми горячими объектами (в том числе теплокровными организмами), вызывает нагревание тел и объектов. Инфракрасное излучение невидимо для глаза человека (но воспринимается терморецепторами как повышение температуры поверхности кожи, например, под солнечными лучами), а некоторые животные (вампировые летучие мыши, питоны, удавы и гремучие змеи) имеют термочувствительные ямки на голове (термолокаторы), помогающие им находить теплокровную добычу.
У многих организмов имеется фотопериодизм — реакция на изменение длины светового дня, обеспечивающая физиологические и поведенческие адаптации к смене сезонов. Примерами фотопериодизма являются переходы к цветению, плодоношению, листопад у растений, миграции перелётных птиц, гнездование и спячка у животных.
Растения по отношению к свету делятся на три группы:
- Гелиофиты (светолюбивые) — растения открытых, постоянно и хорошо освещаемых территорий: степные (ковыль), луговые (василёк луговой, подсолнух) и растения пустынь (полынь), берёза, сосна. Они не выносят длительного затенения. Имеют адаптации к большому количеству света: часто укороченные побеги (не нужно тянуться к свету), хорошо развита механическая ткань (для опоры), листья мелкие, светлые (содержат немного хлорофилла), с сильно рассеченной листовой пластинкой; листья и побеги могут располагаться вертикально и перекрывать друг друга, фотосинтезирующая ткань многослойная, столбчатая, с большим количеством мелких хлоропластов, может быть восковой налёт, опушение, толстая кутикула и большое количество устьиц (часто погружённых в углубления — крипты для уменьшения испарения воды), большое количество жилок.
- Сциофиты (тенелюбивые) — растения нижних ярусов тенистых лесов и глубоководных участков водоёмов, которые плохо переносят сильное освещение прямыми лучами и способны расти в затенении: кислица, папортники, мхи, плауны, красные и бурые водоросли. Имеют адаптации к низкой освещённости: вытянутые побеги (тянутся к свету), листья крупные, тонкие, темно-зелёного цвета (большое количество хлорофилла), хуже развита механическая ткань, воскового налёта нет, опушения нет, хлоропластов в клетках меньше, чем у светолюбивых, но они крупнее, меньшее количество устьиц (но они могут располагаться на обеих сторонах листа), листья располагаются горизонтально и не перекрывают друг друга (улавливают максимальное количество света).
- Факультативные гелиофиты (теневыносливые) — растения, которые лучше растут на свету, но способны выдерживать и его недостаток: многие древесные, кустарниковые и комнатные растения, лесные травы. Как правило, имеют устьица только на нижней стороне листа.
Для максимально эффективного использования световой энергии и снижения конкуренции в растительных сообществах возникли:
- ярусность — вертикальная структура, разделение растений на ярусы по высоте
- мозаичность — горизонтальная структура преобладания отдельных видов.
Температура как абиотический фактор
Температура оказывает влияние на скорость и характер протекания в организме обменных процессов. При очень высокой температуре происходит денатурация белков и нарушается деятельность организма (но существуют накипные лишайники, термофильные водоросли, которые успешно переносят высокие температуры), при низких температурах (ниже 0 °C) может происходить гибель организма вследствие кристаллизации воды и разрушения клеточных мембран (но существуют микроскопические водоросли, рачки, моллюски, ластоногие млекопитающие, которые живут при отрицательных температурах).
По способности регулировать температуру тела выделяют две группы животных:
- Пойкилотермные (холоднокровные) — микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, не способные поддерживать постоянную температуру тела, температура напрямую зависит от температуры окружающей среды. Активность зависит от тепла, поступающего в организм извне, биохимических процессов, движения, цвета покровов тела.
- Гомойотермные (теплокровные) — птицы, млекопитающие, способные поддерживать температуру тела на постоянном уровне вне зависимости от температуры окружающей среды (температура тела зависит от внутренних факторов). Активность зависит от активности метаболизма, который создаёт достаточное количество тепла, а также вспомогательных механизмов — волосяной покров, перья, толстый слой жира не дают теплу рассеиваться и сохраняют его. Это даёт возможность организмам вести активную жизнь и даже размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, пингвины).
Влажность как абиотический фактор
Наличие воды является необходимым условием существования организмов, так как тела на 80% состоят из воды, вода участвует во многих метаболических процессах, осуществляет транспорт веществ. Некоторым растениям (споровым) вода необходима для оплодотворения, поэтому влажность воздуха и почвы оказывает огромное влияние на распространение растений.
По отношению к влажности выделяют пять групп растений:
- Гидатофиты — водные растения, полностью или большей частью погружённые в воду. Имеют рассечённые листья (для максимального использования рассеянного водой света, максимальной площади газообмена и предотвращения повреждений листьев течением воды), развитую воздухоносную паренхиму (для снабжения кислородом подводных частей растения), устьица только на верхней стороне листа. Слабо развита корневая система, механические и проводящие ткани из-за жизни в плотной водной среде. Примеры: элодея, роголистник, ряска, рдест, кувшинка, кубышка.
- Гидрофиты — наземно-водные растения, погружённые в воду только частично. Растут по берегам водоёмов, на мелководье, на болотах. Имеют воздухоносную паренхиму, механические и проводящие ткани. Примеры: тростник, рогоз, стрелолист.
- Гигрофиты — растения влажных мест, растут на болотах, в нижнем ярусе переувлажнённых лесов. Могут иметь гидатоды на листьях — органы выделения капельно-жидкой излишней влаги, так как транспирация во влажном воздухе затруднена. Примеры: рис, папирус, росянка, некоторые тропические растения.
- Мезофиты — растения умеренно влажных мест, могут выдерживать непродолжительную засуху, устьица часто на нижней стороне листа для контроля над транспирацией. Примеры: многие культурные, лесные растения, травы и кустарники умеренного пояса.
- Ксерофиты — растения засушливых мест, растут в степях, пустынях и полупустынях. Имеют хорошо развитую корневую систему (либо вглубь, чтобы достигать уровня грунтовых вод, либо вширь, чтобы поглощать осадки и росу с максимально большой площади), развитые механические и проводящие ткани, листья часто видоизменяются в колючки, чешуйки, шипы (для уменьшения площади поверхности листа и транспирации и защиты от поедания), имеют плотный восковой налёт или опушение (для отражения солнечных лучей и уменьшения транспирации). Подразделяются на две группы: склерофиты — засухоустойчивые растения, сухие, жёсткие, с высоким содержанием механических тканей и маленькой площадью поверхности (ковыль, типчак, полынь, верблюжья колючка, саксаул, чертополох), и суккуленты — растения, накапливающие воду в организме за счёт водоносной паренхимы (кактусы, алоэ, агавы).
Подробнее о тканях растений и их функциях ты можешь прочесть в статье «Ткани растений».
Содержание кислорода как абиотический фактор
Кислород необходим живым организмам для дыхания.
По потребности в кислороде выделяют две группы организмов:
- Аэробы — организмы, использующие кислород в клеточном дыхании для окисления органических веществ до неорганических и получения энергии. К аэробам относятся все растения, большая часть животных и микроорганизмов.
- Анаэробы — организмы, не использующие кислород для окисления веществ и получения энергии. Основную энергию такие организмы получают в ходе процессов гликолиза или брожения. К анаэробам относятся паразитические черви, некоторые бактерии, археи.
Подробнее об аэробах и анаэробах ты можешь прочесть в статье «Метаболизм».
Автор:
Хусаинова Валерия, руководитель направления методической разработки “100балльного репетитора” по предметам ОГЭ и 10 класса
