Адаптации к факторам внешней среды

 

 

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………..3

2. Общие принципы адаптации на уровне организм……………………….5

2.1. Закон  оптимума………………………………………………………..6

2.2. Закон минимума……………………………………………………….7

2.3. Правило двух  уровней адаптации…………………………………...8

З. Классификация факторов………………………………………………….10

3.1. Биотические  факторы……………………………………………….10

3.2. Абиотические  факторы и адаптации……………………………...11

3.2.1. Свет……………………………………………………………..13

3.2.2. Температура…………………………………………………...17

3.2.3. Вода в жизни организма……………………………………...23

3.2.4. Почва…………………………………………………………...27

3.2.5. Влияние других абиотических  факторов.............................28

4. Заключение…………………………………………………………………...29

5. Список  использованной литературы……………………………………..29

 

 

 

 

 

 

Введение

Наиболее важным аспектом в современном мире до сих пор остается – адаптации организмов к факторам окружающей среды. Для более четкого представления, необходимо вначале разобраться, что имеется ввиду под словом «адаптации».

В психологии адаптацию (от лат. adaptare - приспособлять) рассматривают, как процесс приспособления живого организма к окружающим условиям. [13]

В биологии, а точнее сказать  в экологии, адаптация – приспособление организмов к среде. В узком смысле этого слова, под адаптациями  понимают любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающих их шансы на выживание. [9]

Адаптации проявляются на разных уровнях организации материи: от молекулярного до биоценотического. Сама способность к адаптациям является одним из основных свойств живой материи обеспечивающие возможность ее существования. Развитие адаптаций закрепляется под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный отбор.

Основные механизмы адаптации  на уровне организма: 1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах;

2) физиологические  – усиление потоотделения при повышении температуры;

3)морфо-анатомические  – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие  – поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор и т. п.;

5) онтогенетические  – ускорение или замедление индивидуального развития.

Экологические факторы среды оказывают на живые  организмы различные воздействия, они могут влиять как  ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как сигналы, свидетельствующие об изменениях ряда факторов среды. [9]

В дальнейшем будет рассмотрено, какие бывают экологические факторы, их характеристика и способы адаптации к ним.

 

Общие принципы адаптации на уровне организма

Прежде чем  рассматривать по отдельности необходимые  факторы и адаптации, нужно установить четкие особенности общих принципов адаптации.

Все многообразие факторов, воздействующих на организм, подразделяют на 3 основные группы –  биотические, абиотические и антропогенные. Биотические факторы включают все  воздействия со стороны живых  организмов. К абиотическим факторам относят элементы неживой природы: влажность, температура и т. д. Антропогенные - формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания различных видов.

Существует  два типа приспособления к внешним факторам:  Пассивный путь (адаптации по принципу толерантности)— подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается. [20]

Второй тип  - активный (адаптации по резистентному типу), в этом случае организм, с помощью специфических адаптивных механизмов компенсирует изменения, вызванные воздействующим фактором, таким образом, что внутренняя среда остается относительно постоянной. [10]

Рассмотрим  несколько общих закономерностей.

 

 

Закон оптимума

Существуют  определенные пределы положительного влияния на организмы для каждого  фактора (рис.1)

Рис. 1.  Схема действия факторов среды на живые организмы [19].

Результат действия переменного фактора зависит  прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается  на жизнедеятельности особей. Благоприятная  сила воздействия именуется зоной оптимума экологического фактора  или просто оптимумом  для организмов данного вида. Чем больше отклонения от оптимума, тем значительнее выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума).  Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых у организмов наступает смерть. Экологическая валентность -пределы выносливости между критическими точками. [9]

Широкую экологическую  валентность вида по отношению к  абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды – переносящие значительные колебания температуры, эврибатные – неоднозначность давления, эвригалинные  – различная степень засоления среды.

Приставкой «стено» характеризуется узкая экологическая валентность, характеризуется – стенотермные, стенобатные, стеногалинные. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы определенные экологические условия, называют стенобионтными,  а те, которые могут приспосабливаться к разнообразной экологической обстановке, – эврибионтными. 

Условия, приближающиеся по одному или нескольким факторам к критическим значениям (точкам), называют экстремальными.  [19]

Законы минимума

Законы минимума Ю. Либиха, определенно, лежат в основе всех установленных частных закономерностей во взаимоотношениях типа «организм — среда». В простейшем виде основной закон минимума Ю. Либиха касается возможности успешного роста и величины урожая сельскохозяйственного растения, которая зависит от вещества, находящегося в почве по сравнению с другими агрохимически необходимыми веществами в минимуме. Данный закон был сформулирован в 1840 г. задолго до возникновения самой экологии. В дальнейшем закон минимума был интерпритирован как действие любого экологического фактора, который находится в минимуме по сравнению с другими экологическими воздействиями. Иногда закон минимума расширяют до правила, указывающего на роль экологических факторов в распространении и количественном развитии организмов (внешние условия). Однако возможна и формулировка «закона минимума» и для организма: его выносливость определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей — жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, качество и количество которых находится к непосредственному необходимому организму минимуму. Дальнейшее ухудшение или снижение этих факторов определенно ведет организм к гибели. Данное определение «закона минимума», довольно далеко отклоняющееся от первоначального смысла, но имеющая более широкое экологическое значение. [14]

Рис. 2 Различия в толерантности: лисица толерантна в широких пределах и  живет в разных местообитаниях и природных зонах, кабарга — только в горной тайге [18]

Правило двух уровней адаптации

Гомеостаз —  состояние динамического равновесия организма  со средой,  когда организм  сохраняет свои свойства  и способность к осуществлению функций при изменении  внешних условий. Такое состояние   может быть достигнуто в результате функционирования  двух главных  адаптивных  систем,  действующих на  основе  различных принципов.

Адаптивные механизмы  можно разделить на две группы: 1 - механизмы,  которые обеспечивают адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функционирующих систем и организма в целом по отношению  к  наиболее  устойчивым  параметрам среды обитания.

 2 - лабильные реакции, поддерживающие относительное постоянство общего уровня стабилизации путём запуска адаптивных функциональных реакций при отклонении определенных условий среды от их средних характеристик.

Эти два уровня  адаптации  действуют совместно, их взаимодействие   обеспечивает  точное наведение функций организма к конкретному   состоянию  факторов,  а в  итоге – устойчивое существование в условиях сложной динамичной среды. [7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация факторов

Биотические факторы

Биотические факторы - все формы  влияния на организм со стороны окружающих живых существ (микроорганизмов, влияние  животных на растения и наоборот, влияние  человека на окружающую среду).

Каждый живой организм на Земле  подвергается влиянию не только факторов неживой прирoды, но и других живых биотических факторов. Животные и растения распределяются не хаотически, а обязательно образуют группировки в пространстве. Входящие в них организмы должны иметь общие или сходные требования к данным условиям существования, на основе которых могут формироваться соответствующие зависимости и взаимоотношения. Такая взаимосвязь может возникнуть, прежде всего на основе способов добывания энергии и пищевых потребностей (связей).

Внутривидовые. К ним относятся факторы, действующие внутри вида, на уровне популяций.

В первую очередь это численность  популяции и ее плотность. К биотическим факторам популяционного значения относятся также соотношение полов продолжительность жизни организмов, их плодовитость и т. п., которые в той или иной мере создают экологическую ситуацию как в популяции, так и в биоценозе. Более того, к данной группе факторов принадлежат особенности этологических факторов, так например, понятие группового эффекта, который используется для обозначения морфологических поведенческих изменений, наблюдаемых у животных одного вида в условиях групповой жизни.

Взаимодействие популяций двух или нескольких видов имеет разнообразные  формы проявления, как на положительной, так и на отрицательной основе.

Отрицательные межвидовые взаимодействия: межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, антибиоз (аменсализм, аллелопатия)

Положительные межвидовые взаимодействия: симбиоз. [4]

Рис. 3 Факторы среды. [9]

Абиотические факторы и адаптации

Приспособление вида к среде обычно осуществляется необходимым сочетанием всех трех возможных путей адаптации. Адаптации можно разделить на три типа: физиологические, морфологические и этологические. 
Физиологические адаптации — изменения в физиологии организмов (способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).

Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма. Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм. 
Этологические адаптации — изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации характерны для животных. [6]

[14]

Среди абиотических факторов выделяют:

• Климатические (влияние температуры, света и влажности);
• Геологические (извержение вулканов, движение ледников, землетрясение сход лавин и др.); 
• Орографические (особенности рельефа местности). [17]

 

 

 

Свет

Свет не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как при минимальном уровне, так и при максимальном. Под термином свет подразумевается весь диапазон солнечного излучения, представляющий поток энергии с длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нанометр = 10-6мм).

Спектр света делится  на несколько областей:

<150 нм – ионизирующая радиация – < 0,1%;

150-400 нм – ультрафиолетовая  радиация (УФ) – 1-10%;

400-800 нм – видимый  свет – £50%;800-1000 нм – инфракрасная  радиация (ИК) – £50%.

Все лучи, оказывающие  влияние на растительные организмы, особенно на фотосинтез, называются физиологически активной радиацией (ФАР). Наибольшее значение для живых организмов и функционирования всей биосферы имеет часть спектра (видимая часть), состоящая из прямой (27%) и рассеянной (16%). В сумме они называются суммарной радиацией.  Процесс фотосинтеза растений может идти только на свету, обеспечивая планету главным биоресурсом – органическим веществом. Фотосинтез – главное условие возникновения и развития жизни на Земле. Свет – источник энергии, используемый пигментной системой организма, в основном хлорофиллом. На свету происходит образование хлорофилла и уже с его участием осуществляется фотосинтез. В процессе сложнейших фотохимических реакций молекулы воды расщепляются с выделением газообразного кислорода, а углекислый газ превращается в некоторые углеводы:

6CO2 + 12 H2O

 С6H12O6 + 6O2 + 6H20

Из внешних  факторов, помимо интенсивности и  спектрального состава света, большое  влияние на процесс фотосинтеза  оказывают температура и уровень содержания в воздухе углерода и кислорода. Минимальная температура, при которой возможен фотосинтез, отражает приспособленность вида к температурным условиям. Так у многих растений она совпадает с точкой замерзания жидкостей в тканях (-1, -2°С), а у криофилов фотосинтез может идти при более низких температурах. [5]