Шпаргалка по "Экологии"

6. Свет как экологический фактор

Солнечное излучение  является основным источником энергии  для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения  можно выделить три области, различные  по биологическому действию: ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную.  Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого, но они задерживаются озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300 - 0,400 мкм). Они составляют около 10% лучистой энергии. Эти лучи обладают высокой химической активностью - при большой дозе могут повреждать живые организмы. В небольших количествах, однако, они необходимы, например, человеку: под влиянием этих лучей в организме человека образуется витамин Д, а насекомые зрительно различают эти лучи, т.е. видят в ультрафиолетовом свете. Они могут ориентироваться по поляризованному свету.

Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм (на их долю приходится большая часть энергии - 45% - солнечного излучения), достигающие поверхности  Земли, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения за счет этого излучения синтезируют  органическое вещество (осуществляют фотосинтез), которое используют в  пищу все остальные организмы. Для  большинства растений и животных видимый свет является одним из важных факторов среды, хотя есть и такие, для  которых свет не является обязательным условием существования (почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособления к жизни в темноте). Большинство  животных способны различать спектральный состав света - обладать цветовым зрением, а у растений цветки имеют яркую  окраску для привлечения насекомых-опылителей.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм глаз человека не воспринимает, но они являются источником тепловой энергии (45% лучистой энергии). Эти лучи поглощаются тканями  животных и растений, вследствие чего ткани нагреваются. Многие хладнокровные  животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения  температуры тела (некоторые змеи и ящерицы являются экологически теплокровными животными).  Световые условия, связанные с вращением  Земли, имеют отчетливую суточную и  сезонную периодичность. Почти все  физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с  максимумом и минимумом в определенные часы: например, в определенные часы суток цветок у растений открывается  и закрывается, а у животных возникли приспособления к ночной и дневной  жизни. Длина дня (или фотопериод), имеет огромное значение в жизни растений и животных.

7. Экологические группы растений по отношению к свету и их адаптивные особенности

Световой режим  любого местообитания определяется интенсивностью прямого и рассеянного  света, количеством света (годовой  суммарной радиацией), его спектральным составом, а также альбедо –  отражательной способностью поверхности, на которую падает свет.

Перечисленные элементы светового режима очень переменчивы  и зависят от географического  положения, высоты над уровнем моря, от рельефа, состояния атмосферы, характера  земной поверхности, растительности, от времени суток, сезона года, солнечной  активности и глобальных изменений  в атмосфере.

У растений возникают  различные морфологические и  физиологические адаптации к  световому режиму местообитаний.

По требованию к  условиям освещения принято делить растения на следующие экологические  группы:

1) светолюбивые (световые), или гелиофиты, – растения  открытых, постоянно хорошо освещаемых  местообитаний;

2) тенелюбивые (теневые), или сциофиты, – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;

3) теневыносливые, или  факультативные гелиофиты, –  могут переносить большее или  меньшее затенение, но хорошо  растут и на свету; они легче  других растений перестраиваются  под влиянием изменяющихся условий освещения.

9. Температура как экологический фактор

Все химические процессы, протекающие в организме, зависят  от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в  природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности  животных и растений. Различают организмы  с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с  постоянной температурой тела - гомойтермные.  Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды.  Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90 оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53 оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 oС.

Пойкилотермные организмы  в процессе эволюции выработали различные  приспособления к изменяющимся температурным  условиям среды.  Главным источником поступления тепловой энергии у  пойкилотермных животных - внешнее  тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые  животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.

У ряда холоднокровных животных температура тела может  меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура  тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).

Пойкилотермные животные способны приспосабливаться и к  высоким температурам. Это происходит также разными способами: теплоотдача  может происходить за счет испарения  влаги с поверхности тела или  со слизистой верхних дыхательных  путей, а также   за счет подкожной  сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови по сосудам кожи увеличивается при повышении температуры).

Наиболее совершенная  терморегуляция наблюдается у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря наличию четырехкамерного сердца и одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40 oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.

10. экологические группы животных по отношению к температуре

Теплокровные животные имеют постоянную устойчивую температуру  тела, которая не зависит от температуры  окружающей среды. У холоднокровных животных температура тела изменяется в зависимости от температуры  окружающей среды. 

Теплокровными животными  являются млекопитающие и птицы. Все остальные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, рыбы) и все беспозвоночные являются холоднокровными. 

У холоднокровных животных медленные протекают процессы обмена веществ - в 20-30 раз медленнее, чем  у теплокровных! Поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды максимум на 1-2 градуса. Холоднокровные животные деятельны только в теплое время года. Когда температура снижается, то у холоднокровных животных снижается скорость движения (вы, наверно, замечали, "сонных" мух, пчел или бабочек осенью?) На зиму они впадают в состояние анабиоза, то есть в спячку. 

Теплокровность считается более выгодным свойством организма с точки зрения эволюции, так как позволяет существовать в самых различных климатических условиях и сохранять активность и в холодное, и в жаркое время года. Обеспечивается теплокровность механизмами терморегуляции. Есть три основных пути терморегуляции:  

1. Химическая терморегуляция - усиленное образование тепла  в ответ на понижение температуры  среды. 

2. Физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи.  Физическая терморегуляция обеспечивается  не за счет дополнительной  выработки тепла, а за счет  сохранения его в теле животного,  путем рефлекторного сужения  и расширения кровеносных сосудов  кожи (это меняет ее теплопроводность), изменения теплоизолирующих свойств  меха и перьевого покрова, регуляции  испарительной теплоотдачи. Густой  мех млекопитающих, перьевой покров  птиц позволяют сохранять вокруг  тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела  животного, и тем самым уменьшать  теплоотдачу во внешнюю среду.  У обитателей холодного климата хорошо развит слой подкожной жировой клетчатки, который равномерно распределен по всему телу и является хорошим теплоизолятором.  

 Отличным механизмом  регуляции теплообмена служит  также испарение воды путем  потоотделения. Человек при сильной  жаре может выделять более  10 л пота в день! Потоотделение  способствует охлаждению тела.  

3. Поведенческая  терморегуляция (например, когда животное  старается избегать неблагоприятных  температур, перемещаясь в пространстве). 

 Поддержание высокой  температуры тела обеспечивается  за счет того, что на холоде  процессы теплопродукции в организме  преобладают над процессами теплоотдачи.  Но поддержание температуры за  счет возрастания теплопродукции  требует большого расхода энергии,  поэтому животные в холодный  период года нуждаются в большом  количестве пищи или тратят  много жировых запасов, которые  они накопили летом. Поэтому,  например, птицам, остающимся зимовать, страшны не столько морозы, сколько  бескормица. И именно из-за недостатка  еды, а не из-за холода впадают  в спячку зимой некоторые теплокровные, например, медведи.