3. Основные среды обитания живых организмов.

3.1 Общая характеристика водной среды обитания.

3.2 Экологические группы гидробионтов. Биофильтраторы и их экологическая роль.

3.3 Общая характеристика наземно-воздушной среды обитания.

3.4 Общая характеристика почвы как среды обитания.

3.5 Роль микроорганизмов, высших растений и животных в почвообразовательных процессах.

3.6 Живые организмы как среда обитания.

Средой называют всё то, что окружает живое существо в природе. На Земле существуют четыре основные среды обитания, освоенные и заселённые организмами. Это наземно-воздушная среда, водная, почвенная, и, наконец, одни живые организмы могут являться средой обитания для других (рис 1,3,4). Каждая из этих сред имеет свои специфические условия жизни. Каждый живой организм приспосабливается к среде обитания и к специфическим условиям жизни, в которых ему приходится существовать. Этим объясняется большое многообразие живых организмов на нашей планете.

Рис.1 Основные среды обитания живых организмов.

3.1. Общая характеристика водной среды обитания. Водная среда жизни, гидросфера, занимает до 71% площади земно­го шара. По объему запасы воды на Земле исчисляются в пределах 1370 млн км³, что составляет 1/800 часть объема земного шара. Основное количество воды, более 98%, сосре­доточено в морях и океанах, 1,24% представ­лено льдами полярных областей; в пресных водах рек, озер и болот количество воды не превышает 0,45%.

    В водной среде обитает около 150 тыс. видов животных (примерно 7% от общего их количества на земном шаре) и 10 тыс. видов растений (8%).

    Обитателей водной среды называют гидробионтами. Все гидробионты, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности определяются, прежде всего, физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы.

    Плотность воды затрудняет активное передвижение в ней, поэтому быстро плавающие животные, такие, как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела. В связи с высокой плотностью воды давление с глубиной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в ты­сячи раз выше, чем на поверхности суши.

    Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные организмы могут существовать только в верхних горизонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100-200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоко­водные животные обитают в полном мраке.

    Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимостью приспосаб­ливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горя­чих источниках температура воды может приближаться к точке кипения.

 Солевой состав среды также очень важен для водных организмов. Морские виды не могут жить в пресных водах, а пресноводные - в мо­рях из-за нарушения работы клеток.

    Содержание кислорода. Одна из сложностей жизни водных обитателей - ограниченное количество кислорода. Если кислород для воздушной среды не играет существенной роли, то для водной - это важнейший фактор. Его растворимость не очень велика и к тому же сильно уменьшается при загрязнении или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы – это массовая гибель обитателей водной среды из-за нехватки кислорода или ее снижения, которая наступает по разным причинам (рис. 2). Летние заморы могут быть в прудах, озерах и даже морях из-за нагревания воды, при котором падает растворимость кислорода. Гибнут в первую очередь рыбы, моллюски и планктонные организмы. Летние заморы часто бывают в Азовском и Балтийском морях. Зимние заморы возникают даже в реках из-за ледового покрова, который мешает проникновению кислорода из воздуха в воду. Обширные заморные явления каждую зиму возникают на реке Оби, в которую стекают бедные кислородом болотные воды. Различные животные проявляют неодинаковую потребность в кислороде. Например, форель, гольян очень чувствительны к его дефициту и поэтому обитают лишь в быстро текущих холодных и хорошо перемешиваемых водах. Плотва, ерш, сазан, карась неприхотливы в этом отношении.

    Содержание углекислого газа. Углекислый газ растворяется в воде примерно в 35 раз лучше кислорода. В воде его почти в 700 раз больше, чем в атмосфере, откуда он поступает. Источником углекислоты в воде, кроме того, являются карбонаты и бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Углекислый газ, содержащийся в воде, обеспечивает фотосинтез водных растений и принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных.

Большое значение в жизни водных организмов имеет концентрация водородных ионов (рН). Пресноводные бассейны с рН=3,7- 4,7 считаются кислыми, 6,95- 7,3 - нейтральными, с рН больше 7,8 - щелочными. В пресных водоемах рН испытывает даже суточные колебания. Морская вода более щелочная и рН ее значительно меньше изменяется, чем в пресной. С глубиной рН уменьшается.

    Большинство пресноводных рыб выдерживает рН от 5 до 9. Если рН меньше 5, наблюдается массовая гибель рыб, а выше 10 - погибают все рыбы и другие животные.

 

Рис. 2. Заморы на реке Сундовик в Нижегородской области

3.2. Экологические группы гидробионтов. Толща воды - пелагиаль засе­лена пелагическими организмами, способными активно плавать или удерживаться (парить) в определенных слоях. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, гидробионты подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос (рис. 3). 

Нектон (плавающий) - это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. В основном это крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и силь­ные водные течения. Для них характерна обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Типичными нектонными организмами являются рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водах, кроме рыб, к нектону относятся земноводные и активно перемещающиеся насекомые. Многие морские рыбы могут передвигаться в толще воды с огромной скоростью. Очень быстро, до 45- 50 км/ч, плавают некоторые кальмары, парусники развивают скорость до 100 -110 км/ч, а меч-рыба - до 130 км/ч.

Планктон (парящий, блуждающий) – это совокупность пелагических организмов, не обладающих способностью к быстрым активным передвижениям. Планктонные организмы не могут противостоять течениям. В основном это мелкие животные - зоопланктон и растения - фитопланктон. В состав планктона периодически включаются и парящие в толще воды личинки многих животных. Наибольшего видового разнообразия достигают планктон тропических вод. Фитопланктон имеет большое значение в жизни водоемов, поскольку является основным продуцентом органического вещества. К нему относятся прежде всего зеленые водоросли. Планктонные организмы являются важным пищевым компонентом многих водных живо­тных (в том числе таких гигантов, как усатые киты), особенно если учесть, что для них, и прежде всего для фитопланктона, характерны сезонные вспышки массового раз­множения (цветение воды). 

Бентос (глубина) - совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Большинство водных животных пойкилотермны, и температура их тела зависит от температуры окружающей среды. У гомойотермных же млекопитающих (ластоногие, китооб­разные) образуется мощный слой подкожного жира, выполняющий теплоизоляционную функцию.

 Рис. 3. Экологические группы гидробионтов

Биофильтраторы и их экологическая роль. Одной из специфических особенностей водной среды является наличие в ней большого количе­ства мелких частиц органического вещества - детрита, образующегося за счет отмирающих растений и животных. Детрит для многих водных организмов представляет собой высококачественную пищу, поэтому некоторые из них, так называе­мые биофильтраторы, приспособились добывать его с помощью специфических микропористых структур. Эти структуры как бы отце­живают воду, задерживая взвешенные в ней частицы. Такой способ питания называется фильтрацией. Фильтрационное питание наблюдается у 40 тысяч видов водных животных. В результате этой деятельности происходит биологическое самоочищение водоемов, и от него зависит качество воды. Одна перлови­ца длиной 5-6 см при температуре 20 °С очищает до 16 л воды в сутки. В прудах и озерах, где много мелких рачков, весь объем воды пропуска­ется через их фильтровальный аппарат всего за один день. Один квадратный метр морского мелководья, густо заселенный моллюсками мидиями, за сутки может очистить до 280 м³ воды. Таким образом, чис­тота и прозрачность природных вод - результат деятельности живых организмов.

3. 3. Общая характеристика наземно-воздушной среды обитания.

Особенностью наземно-воздушной среды жизни является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом - газообразной средой, характеризующейся низкими влажностью, плотностью и давлением, а также высоким содержанием кислорода. Абсолютное большинство животных в этой среде передвигается по твердому субстрату - почве, а растения укореняются в ней (рис.1). Действующие в наземно-воздушной среде свет здесь сравнительно с другими средами интенсивнее, темпе­ратура претерпевает более сильные колебания, влажность значительно изменяется в зависимо­сти от географического положения, сезона и времени суток. Воздействие почти всех этих факторов тесно связано с движением воздушных масс - ветра.

У обитателей наземно-воздушной среды в процессе эволюции выработались специфиче­ские анатомо-морфологические, физиологиче­ские, поведенческие и другие адаптации:

1. Появились органы, обеспечивающие непосред­ственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие и трахеи животных);

2. Сильное развитие получили скелетные образования, поддерживающие те­ло в условиях незначительной плотности среды (механические и опорные ткани растений, ске­лет животных);

3. Выработались сложные приспо­собления для защиты от неблагоприятных фак­торов (периодичность и ритмика жизненных циклов, сложное строение покровов, механиз­мы терморегуляции и др.);

4. Установилась тесная связь с почвой (корни растений, конечности животных);

5. Выработалась большая подвижность животных в поисках пищи;

6. Появились летающие животные и переносимые воздушными течени­ями плоды, семена, пыльца растений.

Воздух характеризуется постоянством состава - кис­лорода в нем обычно около 21%, углекислого газа 0,03%. Без воздуха не могут существовать ни зеленые растения, ни аэробные микроорга­низмы, ни животные. Кислород необходим для дыхания абсолютного большинства организмов, а углекислый газ используется при фотосинтезе. Незначительная плотность воздушной среды не оказывает существенного сопротивления ор­ганизмам при их передвижении по поверхности земли и в то же время затрудняет перемещение по вертикали. В процессе эволюции лишь не­многие организмы поднялись в воздух и приспо­собились к полету (насекомые, птицы, из мле­копитающих - рукокрылые).

Воздушные потоки выполняют определен­ную роль и в расселении растений и животных. Ветры оп­ределяют направление миграций таких насеко­мых, как луговой мотылек, пустынная саранча, маля­рийные комары.

 

3.4. Общая характеристика почвы как среды обитания.

Почва представляет собой тонкий слой поверхности суши, переработанный деятельностью живых существ. Почва как среда обитания обладает специфическими физически­ми свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Благодаря высокой дисперсности частиц почвы атмосферные осадки в виде дождя проника­ют в более глубокие ее слои и удерживаются там, в капиллярных системах. А сами частицы несут на своей поверхности различные ионы, газы, пары воды.

Объем мелких полостей в почве - очень важная ее характеристика. В рыхлых почвах он может составлять до 70% , а в плотной - около 20% .В этих порах и полостях или на поверхности твердых частиц обитает огромное множество микроскопических существ: бактерий, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих (рис.1).

Более крупные животные прокладывают в почве ходы сами. Вся почва пронизана корнями растений. Глубина почвы определяется глубиной проникновения корней и деятельностью роющих животных. Она составляет не более 1,5 – 2 м. Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а состав его обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Этим условия жизни в почве напоминают водную среду. С другой стороны, соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимо­сти от погодных условий. Температурные колебания очень резки у по­верхности, но быстро сглаживаются с глубиной.

В верхних горизонтах почвы концентрируют­ся вещества, необходимые для питания растений - фосфор, азот, кальций, калий и многие другие. Главная особенность почвенной среды - постоянное поступление органического вещества в основном за счет отмирающих корней рас­тений и опадающей листвы. Это ценный источник энергии для бакте­рий, грибов и многих животных, поэтому почва - самая насыщенная жизнью среда. Ее скрытый от глаз мир очень богат и разнообразен. Почвенный воздух обладает повышенным содер­жанием углекислого газа, углеводорода и водя­ного пара. Все эти элементы определяют хими­ческие свойства почвы.Почва играет важную роль и в минераль­ном питании растений. Вместе с водой в растения через корневую систему поступает ряд минеральных веществ, находящихся в почве в растворенном состоянии.

3. 5. Роль микроорганизмов, высших растений и животных в почвообразовательных процессах. Микроорганизмы, растения и животные, обита­ющие в почве, находятся в постоянном взаимо­действии друг с другом, а также и со средой обитания.

·         Наиболее древними почвообразователями являются микроорганизмы. Главная функция микроорганизмов в почвообразовательных про­цессах - полная минерализация ор­ганических остатков.

·         Основной функцией высших растений в по­чвообразовательном процессе служат синтез органического вещества и аккумуляция в нем солнечной энергии. Органическое вещество в процессе фотосинтеза накапливается в надзем­ных и подземных частях растений, а после их отмирания переходит в почву и подвергается минерализации. Главная функция животных в почвообразова­тельном процессе - это потребление и разру­шение органического вещества, а также пере­распределение запасов энергии.

·         Большую роль в процессах почвообразова­ния играют подвижные почвенные животные. Они разрыхляют почву, создают условия для ее аэрации, механически перемещают в почве ор­ганические и минеральные вещества. Например, дождевые черви на луговых почвах за год выбрасывают на поверхность до 80—90 т/га копрогенного материала, а степные грызуны перемещают вверх и вниз сотни кубических метров грунта и органического вещества.

Итак, круговорот веществ в почве можно представить следующим образом. Растения синтезируют органическое вещество. Животные производят механическое и биохимическое разрушение его и как бы подготавливают его для гумусообразования. Микроорганизмы синтезируют почвенный гумус и затем разлагают его.

 

3.6. Живые организмы как среда обитания. Живые организмы могут служить средой обитания для паразитов и полезных сожителей - симбионтов. Симбиоз - это совместное, взаимовыгодное сожительство организмов. Например, человеческий организм является средой обитания для множества различных симбионтов (прежде всего представителей нормальной микрофлоры кишечника), а нередко и паразитов (разнообразных плоских и круглых червей, простейших).

Паразитизм - широко распространенное в природе явление. Нет ни одного вида многоклеточ­ных животных или растений, которые не имели бы своих паразитов. Они обнаруживаются даже у бактерий. Паразиты могут населять полости тела хозяина, проникать в ткани или внутрь отдельных клеток. Сложный организм хозяина для них - целый мир.

Паразиты и другие обитатели органов и тканей хозяев живут в условиях практически неограниченного запаса пищи. Организм хо­зяина служит им также защитой от внешних воздействий. Им не грозит высыхание, а колебания температуры или смягчены, или (в телах теплокровных) почти отсутствуют. Основные экологические трудности в жизненном цикле паразитов - их перенос от одного хозяина к другому, поэтому на той стадии, когда они попадают во внешнюю среду, у них развиваются сложные защитные оболочки. Например, яйца аскарид за­щищены толстыми многослойными покровами. В период смены хозяев основная масса паразитов погибает. Высокая плодовитость, которая обеспечивается обилием пищи, компенсирует эту гибель. Поэтому говорят, что для паразитов характерен закон большого числа яиц (рис.4).

  

Рис.4. Откладывание яиц самкой иксодового клеща.

Паразиты должны также преодолевать защитные реакции организ­ма хозяина. Поэтому чаще всего они поражают ослабленных особей.

Все паразиты делятся на две группы: эктопаразиты - наружные паразиты, обитающие на поверхности тела хозя­ина (клещи, пиявки, блохи), и эндопаразиты - внутренние паразиты, живущие внутри тела хозяина (большинство гельминтов, бактерии, вирусов, паразитические простейшие).

Одна из форм приспособления к паразитизму - упрощение организации паразита по срав­нению со свободно живущими предками. Примеры упрощения, доведенного до крайности, можно встретить и в растительном и в животном мире. Так, у ряда паразитических червей из класса ленточных (Cestoidea) редуцируются ор­ганы пищеварения и чувств, в связи с тем, что они буквально «купаются» в пищевом бульоне и всасывают пищу всей поверхностью тела. Многие паразиты из насекомых утрачивают крылья (вши, блохи). 

  

Рис.5. Живые организмы как среда обитания

Наряду с упрощением организации почти у всех паразитов появляются специфичные органы фиксации (крючки, зацепки, присоски и др.). Они позволяют им прикрепляться и удерживать­ся на теле или в органах и полостях хозяина (рис.5).

В связи с необходимостью обязательного контакта с хозяином у паразитов выработались приспособления, обеспечивающие выживание вида даже в условиях, если такая встреча за­труднена. Так, колдунья-трава, распро­страненная в Африке, Южной Азии и Австралии и поражающая корневую систему многих злаков, продуцирует до 500 000 семян, которые способны пролежать в земле, не прорастая, до 20 лет.