Koji su faktori okoline povezani sa vlažnošću? Fizički faktori

Najvažniji fizički faktori koji određuju razvoj mikroorganizama su vlažnost, temperatura, energija zračenja, radio talasi, ultrazvuk, koncentracija supstanci rastvorenih u vodi i pritisak.

Karakterizacija vlažnosti kao abiotskog faktora životne sredine

Za razvoj mikroorganizama neophodna je slobodna voda, jer hranjive tvari prodiru u ćeliju samo u otopljenom stanju. Stanje vode kao rastvarača u proizvodu izražava se aktivnošću vode Aw - odnosom između pritisaka vodene pare rastvora (supstrata) P i čistog otapala (vode) P0 na istoj temperaturi. Dakle, Aw=P/P0. Aktivnost vode je brojčano jednaka ravnotežnoj relativnoj vlažnosti, izraženoj kao razlomak, koji je manji od jedan. Aktivnost destilovane vode jednaka je jedan i odgovara relativnoj vlažnosti od 100%. Aktivnost vode rastvora čiji je pritisak pare u ravnoteži sa relativnom vlažnošću vazduha od 97% iznosi 0,97.

Vitalna aktivnost mikroorganizama se odvija na Aw od 0,999 do 0,62. Za svaki mikroorganizam ove granice su precizno definisane, konstantne i zavise od temperature, pH medijuma, dostupnosti hranljivih materija itd. U zavisnosti od potrebe za vlagom, mikroorganizmi se dele u tri grupe: hidrofiti - vlagoljubivi, mezofiti - medij. voli vlagu, kserofiti - suvoljubivi.

Hidrofiti su najzahtjevniji prema prisutnosti vlage u okolišu. To uključuje sve bakterije i kvasce. Većina bakterija se ne razvija kada je Aw supstrata ispod 0,94 - 0,90; za kvasac, granična vrijednost je Aw0,88 - 0,05. Mnoge gljive su mezofiti, iako su neke od njih kserofiti i hidrofiti. Dakle, gljive iz roda Aspergillus rastu na Aw supstratu 0,75 - 0,62. Kserofiti se mogu razviti uz nedostatak vlage.

Različiti mikroorganizmi podnose promjenu Aw na različite načine. Neki mikroorganizmi (rodovi Acetobacter i Acetomonas, neki truli, a neki patogeni) su vrlo zahtjevni za vlagu, a kada se vrijednost Aw smanji (u toku sušenja), brzo uginu. Ostali mikroorganizmi (rodovi Lactobacterium, Mycobacterium, Salmonella, Staphylococcus i Micrococcus) mogu se dugo čuvati u osušenom stanju. Mnogi kvasci su otporni na sušenje, a posebno spore bakterija i mikroskopskih gljivica, koje zadržavaju sposobnost klijanja decenijama. Halofilne (sololjubne) bakterije su nezahtjevne za aktivnost vode.

Abiotički faktori životne sredine uključuju supstrat i njegov sastav, vlažnost, svjetlost i druge vrste zračenja u prirodi, te njegov sastav i mikroklimu. Treba napomenuti da se temperatura, sastav vazduha, vlažnost i svetlost uslovno mogu nazvati "individualnim", a podloga, klima, mikroklima itd. - "kompleksnim" faktorima.

Supstrat (bukvalno) je mjesto vezivanja. Na primjer, za drvenaste i zeljaste oblike biljaka, za mikroorganizme u tlu, ovo je tlo. U nekim slučajevima, supstrat se može smatrati sinonimom za stanište (na primjer, tlo je edafsko stanište). Supstrat se odlikuje određenim hemijskim sastavom koji utiče na organizme. Ako se supstrat shvati kao stanište, onda se u ovom slučaju radi o kompleksu karakterističnih biotičkih i abiotičkih faktora na koje se jedan ili drugi organizam prilagođava.

Karakteristike temperature kao abiotskog faktora sredine

Temperatura je okolišni faktor povezan s prosječnom kinetičkom energijom čestica i izražen u stupnjevima različitih skala. Najčešća je skala u stepenima Celzijusa (°C), koja se zasniva na količini ekspanzije vode (tačka ključanja vode je 100°C). U SI je usvojena apsolutna temperaturna skala za koju je tačka ključanja vode T kip. voda = 373 K.

Vrlo često je temperatura ograničavajući faktor koji određuje mogućnost (nemogućnost) postojanja živih organizama u određenom staništu.

Prema prirodi tjelesne temperature a, svi organizmi se dijele u dvije grupe: poikilotermni (njihova tjelesna temperatura ovisi o temperaturi okoline i gotovo je ista kao temperatura okoline) i homoiotermni (njihova tjelesna temperatura ne ovisi o temperaturi okoline). i manje-više je konstantan: ako fluktuira, onda u malim granicama - delićima stepena).

Poikiloterme su biljni organizmi, bakterije, virusi, gljive, jednoćelijske životinje, kao i životinje s relativno niskim nivoom organizacije (ribe, člankonošci itd.).

Homeoterme uključuju ptice i sisare, uključujući ljude. Konstantna tjelesna temperatura smanjuje ovisnost organizama o temperaturi vanjskog okruženja, omogućava naseljavanje u više ekološke niše kako u geografskoj širini tako iu vertikalnoj distribuciji na planeti. Međutim, pored homoiotermije, organizmi razvijaju adaptacije za prevladavanje efekata niskih temperatura.

Prema prirodi prijenosa niskih temperatura, biljke se dijele na toplinu i hladno otporne. Biljke koje vole toplinu uključuju biljke juga (banane, palme, južne sorte jabuka, kruške, breskve, grožđe itd.). Biljke otporne na hladnoću uključuju biljke srednjih i sjevernih geografskih širina, kao i biljke koje rastu visoko u planinama (na primjer, mahovine, lišajevi, bor, smreka, jela, raž itd.). AT srednja traka U Rusiji se uzgajaju sorte voćaka otpornih na mraz, koje uzgajivači posebno uzgajaju. Prve velike uspjehe u ovoj oblasti postigli su I. V. Michurin i drugi narodni uzgajivači.

Norma reakcije tijela na temperaturni faktor (za pojedine organizme) često je uska, tj. određeni organizam može normalno funkcionirati u prilično uskom temperaturnom rasponu. Dakle, morski kralježnjaci umiru kada temperatura poraste na 30-32°C. Ali za živu tvar u cjelini, granice temperaturnog efekta na kojem se život održava vrlo su široke. Dakle, u Kaliforniji jedna vrsta ribe živi u toplim izvorima, normalno funkcionirajući na temperaturi od 52 ° C, a bakterije otporne na toplinu koje žive u gejzirima mogu izdržati temperature do 80 ° C (ovo je „normalna“ temperatura za njih). U glečerima na temperaturi od -44°C neki žive itd.

Uloga temperature kao faktora okoline je da utiče na metabolizam: kada niske temperature brzina bioorganskih reakcija uveliko usporava, a pri velikim brzinama značajno raste, što dovodi do disbalansa u toku biohemijskih procesa, a to uzrokuje razne bolesti, a ponekad i smrt.

Utjecaj temperature na biljne organizme

Temperatura nije samo faktor koji određuje mogućnost naseljavanja biljaka na određenom području, već za neke biljke utiče na proces njihovog razvoja. Tako ozime sorte pšenice i raži, koje nisu prošle proces „jarovizacije“ (niske temperature) tokom nicanja, ne daju seme kada rastu u najpovoljnijim uslovima.

Biljke imaju različite prilagodbe da izdrže izloženost niskim temperaturama.

1. Zimi citoplazma gubi vodu i nakuplja tvari koje imaju učinak "antifriza" (to su monosaharidi, glicerin i druge tvari) - koncentrirani rastvori takvih supstanci smrzavaju se samo na niskim temperaturama.

2. Prelazak biljaka u stadij (fazu) otporan na niske temperature - stadijum spora, sjemena, gomolja, lukovica, rizoma, korjenastog usjeva itd. Drvenasti i žbunasti oblici biljaka opadaju lišće, stabljike su prekrivene pluta, koja ima visoka svojstva toplinske izolacije, i tvari protiv smrzavanja akumuliraju se u živim stanicama.

Utjecaj temperature na životinjske organizme

Temperatura različito utiče na poikilotermne i homeotermne životinje.

Poikilotermne životinje su aktivne samo u periodu optimalnih temperatura za njihovu vitalnu aktivnost. U periodu niskih temperatura padaju u hibernaciju (vodozemci, gmizavci, člankonošci itd.). Neki insekti prezimljuju ili kao jaja ili kao lutke. Hibernaciju organizma karakterizira stanje anabioze, u kojem su metabolički procesi vrlo snažno inhibirani i tijelo može dugo ostati bez hrane. Poikilotermne životinje mogu i hibernirati pod uticajem visokih temperatura. Dakle, životinje u nižim geografskim širinama u vruće doba dana su u rupama, a period njihovog aktivnog života pada u rano jutro ili kasno navečer (ili su noćni).

Životinjski organizmi padaju u hibernaciju ne samo zbog uticaja temperature, već i zbog drugih faktora. Dakle, medvjed (homeotermna životinja) hibernira zimi zbog nedostatka hrane.

Homoiotermne životinje u manjoj meri zavise od temperature u svom životu, ali temperatura utiče na njih u smislu prisustva (odsustva) zaliha hrane. Ove životinje imaju sljedeće prilagodbe za prevladavanje utjecaja niskih temperatura:

1) životinje se sele iz hladnijih u toplije krajeve (seoba ptica, migracija sisara);

2) promijeniti prirodu pokrivača (ljetno krzno ili perje zamjenjuju se debljim zimskim; nakupljaju veliki sloj masti - divlje svinje, foke itd.);

3) hibernirati (na primjer, medvjed).

Homeotermne životinje imaju prilagodbe da smanje izloženost temperaturama (i visokim i niskim). Dakle, osoba ima znojne žlijezde koje mijenjaju prirodu lučenja na povišenim temperaturama (povećava se količina sekreta), mijenja se lumen krvni sudovi u koži (na niskim temperaturama se smanjuje, a na visokim se povećava) itd.

Radijacija kao abiotički faktor

I u biljnom životu i u životu životinja ogromnu ulogu igraju razna zračenja koja ili ulaze na planetu spolja (sunčevi zraci), ili se izdvajaju iz utrobe Zemlje. Ovdje razmatramo uglavnom sunčevo zračenje.

Sunčevo zračenje je heterogeno i sastoji se od elektromagnetnih talasa različitih dužina, te stoga imaju i različite energije. Zemljina površina dopire do zraka i vidljivog i nevidljivog spektra. Nevidljivi spektar uključuje infracrvene i ultraljubičastih zraka, a zraci vidljivog spektra imaju sedam najrazličitijih zraka (od crvene do ljubičaste). kvanti zračenja se povećavaju od infracrvenog do ultraljubičastog (tj. ultraljubičaste zrake sadrže kvante najkraćih valova i najveće energije).

Sunčeve zrake imaju nekoliko ekološki važnih funkcija:

1) zbog sunčevih zraka ostvaruje se određeni temperaturni režim na površini Zemlje, koji ima širinski i vertikalni zonalni karakter;

U nedostatku ljudskog utjecaja, sastav zraka se, međutim, može razlikovati ovisno o nadmorskoj visini (sa visinom se smanjuje sadržaj kisika i ugljičnog dioksida, jer su ovi plinovi teži od dušika). Vazduh priobalnih područja obogaćen je vodenom parom koja sadrži morske soli u otopljenom stanju. Šumski zrak se razlikuje od zraka polja po nečistoćama spojeva koje luče razne biljke (npr. zrak borove šume sadrži veliku količinu smolastih tvari i etera koji ubijaju patogene, pa je ovaj zrak ljekovit za tuberkulozu pacijenti).

Klima je najvažniji kompleksni abiotički faktor.

Klima je kumulativni abiotički faktor koji uključuje određeni sastav i nivo sunčevo zračenje, nivo uticaja temperature i vlažnosti koji su s tim povezani, i određeni režim vjetra. Klima zavisi i od prirode vegetacije koja raste na određenom području, kao i od terena.

Na Zemlji postoji određena geografska i vertikalna klimatska zonalnost. Postoje vlažna tropska, suptropska, oštro kontinentalna i drugi tipovi klime.

Ponovite informacije o razne vrste klima prema udžbeniku fizička geografija. Uzmite u obzir klimu područja u kojem živite.

Klima kao kumulativni faktor formira jednu ili drugu vrstu vegetacije (flore) i srodnu vrstu faune. Ljudska naselja imaju veliki uticaj na klimu. Klima veliki gradovi razlikuje se od klime prigradskih područja.

Uporedite temperaturni režim grada u kojem živite i temperaturni režim područja u kojem se grad nalazi.

U pravilu je temperatura u gradu (posebno u centru) uvijek viša nego u regiji.

Mikroklima je usko povezana sa klimom. Razlog za nastanak mikroklime su razlike u reljefu na datoj teritoriji, prisustvo vodnih tijela, što dovodi do promjene uslova na različitim teritorijama ove klimatske zone. Čak i na relativno maloj površini vikendice, u njenim pojedinim dijelovima, mogu nastati različiti uvjeti za rast biljaka zbog različitih uvjeta osvjetljenja.

Voda je najčešće hemijsko jedinjenje na površini Zemlje i istovremeno najneverovatnije. To je jedina supstanca koja se u prirodi pojavljuje istovremeno u sva tri agregatna stanja – čvrstom, tečnom i gasovitom. Voda je univerzalni rastvarač.

Voda je veoma jako hemijsko jedinjenje. Ima najveću površinsku napetost od svih tekućina, što određuje njegovu visoku kapilarnost.

Gasovita voda – vodena para – lakša je od zraka, što omogućava stvaranje oblaka, transport vode u atmosferu i padavine. Veliki termalni puferski kapacitet geosfere je u velikoj mjeri posljedica takvih svojstava vode kao što su visoka specifična toplota, visoka latentna toplina fuzije i isparavanja. Svojstva

mnoge tvari otopljene u vodi, kao i molekularne biološke strukture, značajno zavise od konfiguracije hidratnih kompleksa vezane vode.

Voda je najvažniji faktor životne sredine za žive organizme i njihova stalna komponenta, što je prikazano u tabeli.

OD ekološka tačka voda je ograničavajući faktor i u kopnenim i u vodenim staništima ako je njena količina podložna naglim promjenama (osema i oseka) ili ako je tijelo osmozom gubi u jako slanoj vodi.

U zemno-vazdušnoj sredini ovaj abiotički faktor karakteriše količina padavina, vrednost vlažnosti, svojstva isušivanja vazduha i raspoloživa površina rezerve vode.

Broj padavina je određen fizičkim i geografskim uslovima i neujednačen je na zemaljskoj kugli. Ali za organizme, najvažniji ograničavajući faktor je raspodjela padavina po godišnjim dobima. U umjerenim geografskim širinama, čak i uz dovoljnu količinu godišnjih padavina, njihova neravnomjerna distribucija može dovesti do smrti biljaka od suše ili, obrnuto, preplavljivanja. Tropical

U zoni organizmi moraju preživjeti vlažne i sušne sezone, koje reguliraju njihovu sezonsku aktivnost na konstantnoj temperaturi gotovo cijele godine.

Biljke prilagođene pustinjskim uslovima sadrže inhibitor klijanja, koji se ispire samo pri određenoj količini padavina dovoljne za vegetaciju (npr. 10 mm), a tek onda klija. Počinje kratkotrajno "cvjetanje pustinje" (obično u proljeće).

Vlažnost vazdušno okruženje- količina vodene pare sadržana u jedinici zapremine vazduha na datoj temperaturi. Međutim, češće se koristi koncept relativne vlažnosti, odnosno omjer apsolutne vlažnosti i količine vodene pare koja može zasititi dati prostor na ovoj temperaturi.

Otuda i sposobnost vlage da mijenja efekte temperature: smanjenje vlažnosti ispod određene granice na datoj temperaturi dovodi do efekta isušivanja zraka, što ima najvažniji ekološki značaj za biljke.

Velika većina biljaka upija vodu iz tla kroz svoj korijenski sistem.

Suvo tlo otežava apsorpciju. Prilagođavanje biljaka takvim uvjetima je povećanje usisne sile i aktivne površine korijena. Veličina ove sile u korijenu umjerenog pojasa je od 2 do 4 ⋅ 106 Pa, a u biljkama sušnih područja - do 6 ⋅ 106 Pa.

Čim se odabere raspoloživa voda u datom volumenu, korijenje raste dalje dublje i bočno, a korijenski sistem može dostići, na primjer, kod žitarica, dužinu od 13 km na 1000 cm3 tla (bez korijenovih dlačica) ( Slika 5.9).

Voda se troši za fotosintezu, samo oko 0,5% apsorbira ćelije, a 97-99% ide na transpiraciju - isparavanje kroz listove. Uz dovoljno vode i hranljivih materija, rast biljke je proporcionalan transpiraciji, a njena efikasnost će biti najveća. Efikasnost transpiracije je omjer rasta (neto proizvodnje) i količine vode koja se transpirira. Mjeri se u gramima suhe tvari na 1000 g vode. Za većinu biljaka, čak i za one koje su otporne na sušu, ona je jednaka dva, odnosno za dobijanje svakog grama žive materije potroši se 500 g vode. Glavni oblik adaptacije nije smanjenje transpiracije, već prestanak rasta tokom perioda suše.

U zavisnosti od toga kako se biljke prilagođavaju vlažnosti, razlikuje se nekoliko ekoloških grupa: higrofiti - kopnene biljke koje žive u veoma vlažnim tlima i uslovima visoke vlažnosti (pirinač, papirus, paprat, rogoza, šaš, oksalis, brusnice, močvarne biljke); mezofiti - podnose blagu sušu (drvenaste biljke različitih klimatskih zona, zeljaste hrastove šume, većina kultiviranih biljaka itd.); kserofiti - pustinjske biljke, suhe

voda, savane, suhi suptropi, pješčane dine i suhe, jako zagrijane padine, sposobne akumulirati vlagu u mesnatim listovima i stabljikama - sukulentima (aloe, kaktusi, itd.), kao i sklerofiti - koji imaju veliku usisnu snagu korijena i sposobni za smanjenje transpiracije biljaka iz uskih sitnih listova (hladni pelin, runolist runolist, perjanica, vlasuljak, itd.).

Strukturne i fiziološke karakteristike higrofita su dizajnirane da stalno uklanjaju višak vlage. To se provodi intenzivnom transpiracijom, koja se malo razlikuje od fizičkog isparavanja. Višak vlage se također uklanja gutacijom - oslobađanjem vode kroz posebne ćelije za izlučivanje koje se nalaze duž ruba lista. Višak vlage otežava prozračivanje, a samim tim i disanje

i usisna aktivnost korijena, pa je uklanjanje viška vlage borba biljaka za pristup zraku.

Strukturne i fiziološke karakteristike kserofita usmjerene su na prevazilaženje trajnog ili privremenog nedostatka vlage u tlu ili zraku. Rešavanje ovog problema se sprovodi na tri načina: 1) efektivna ekstrakcija (apsorpcija) vode; 2) ekonomičnu upotrebu; 3) sposobnost tolerisanja velikih gubitaka vode.

Intenzivno izvlačenje vode iz tla kserofiti postižu zahvaljujući dobro razvijenom korijenskom sistemu. U pogledu ukupne mase, korijenski sistemi kserofita su otprilike 10, a ponekad i 300-400 puta viši od nadzemnih dijelova. Dužina korijena može doseći 10-15 m, au crnom saksaulu - 30-40 m, što omogućava biljkama da iskoriste vlagu dubokih horizonata tla, a u pojedinačni slučajevi- i podzemne vode. Tu su i površinski, dobro razvijeni korijenski sistemi,

sposoban da apsorbuje oskudne padavine, navodnjavajući samo gornje horizonte tla.

Ekonomično korištenje vlage od strane kserofita osigurano je činjenicom da su njihovi listovi mali, uski, tvrdi, s debelom kutikulom, višeslojnom epidermom debelih stijenki i velika količina mehanička tkiva, stoga, čak i uz veliki gubitak vode, listovi ne gube elastičnost i turgor. Ćelije lista su male, gusto zbijene, zbog čega je unutrašnja površina koja isparava značajno smanjena.

Osim toga, kserofiti imaju povećan osmotski pritisak ćelijskog soka, zbog čega mogu apsorbirati vodu čak i pri visokim silama tla uklanjanja vode.

Fiziološke adaptacije uključuju i visok kapacitet zadržavanja vode u ćelijama i tkivima, zbog visokog viskoziteta i elastičnosti citoplazme, značajnog udjela vezane vode u ukupnim rezervama vode itd. To omogućava kserofitima da izdrže duboku dehidraciju tkiva ( do 75% ukupne rezerve vode) bez gubitka održivosti . Osim toga, jedna od biohemijskih osnova otpornosti biljaka na sušu je očuvanje aktivnosti enzima tokom duboke dehidracije.

Mezofiti zauzimaju srednju poziciju između higrofita i kserofita. Česte su u umjereno vlažnim zonama s umjereno toplim režimom i prilično dobrom opskrbom mineralnom ishranom. U mezofite spadaju biljke livada, zeljasti pokrivač šuma, listopadno drveće i grmlje iz područja umjerene vlažne klime, kao i većina kultiviranih biljaka i korova. Mezofite karakterizira visoka ekološka plastičnost, što im omogućava da se prilagode promjenjivim uvjetima okoline. Specifični načini regulacije razmjene vode omogućili su biljkama da zauzmu najraznovrsnije površine zemljišta u pogledu ekoloških uslova.

Raznolikost načina adaptacije stoga leži u osnovi rasprostranjenosti biljaka na Zemlji, gdje je nedostatak vlage jedan od glavnih problema ekološke adaptacije.

12. Adaptacije životinja na vodni režim.

U odnosu na vodu među životinjama, vi

dijele sljedeće ekološke grupe: higrofili (vololjubivi) (uši, repovi, kopneni planari, komarci, kopneni mekušci i vodozemci); kserofili (suholjubivi) (deve, pustinjski glodari, gmizavci), kao i srednja grupa - mezofili (mnogi insekti, ptice, sisari).

Načini regulacije bilans vodeživotinje su raznovrsnije od biljaka. Mogu se podijeliti na bihevioralne, morfološke i fiziološke.

Adaptacije ponašanja uključuju traženje vodenih tijela, odabir staništa, kopanje jazbina, itd. U jazbinama se vlažnost zraka približava 100%, što smanjuje isparavanje kroz pokrivače, čuva vlagu u tijelu.

Morfološke metode održavanja normalne ravnoteže vode uključuju formacije koje doprinose zadržavanju vode u tijelu: školjke kopnenih mekušaca, odsutnost kožnih žlijezda i keratinizacija integumenta gmizavaca, hitinska kutikula insekata itd.

Fiziološke adaptacije za regulaciju metabolizma vode mogu se podijeliti u tri grupe: 1) sposobnost niza vrsta da formiraju metaboličku vodu i da se zadovoljavaju vlagom iz hrane (mnogi insekti, mali pustinjski glodari); 2) sposobnost uštede vlage u probavnom traktu zbog apsorpcije vode zidovima crijeva, kao i stvaranje visoko koncentriranog urina

(ovce, jerboas); 3) u najekstremnijim slučajevima nedostatka vlage - prestanak termoregulacionog povratka vlage (moisture return), kao što se dešava kod kamila koje nemaju pristup vodi. U takvoj situaciji, znojenje je isključeno, a isparavanje iz respiratornog trakta je naglo smanjeno.

Uvod

4. Edafski faktori

5. Različite životne sredine

Zaključak

Uvod

Na Zemlji postoji ogromna raznolikost uslova životne sredine, što osigurava raznovrsnost ekoloških niša i njihovo „naseljavanje“. Međutim, uprkos ovoj raznolikosti, postoje četiri kvalitativno različita životna okruženja koja imaju specifičan skup okolišnih faktora, te stoga zahtijevaju specifičan skup adaptacija. Ovo su životne sredine: zemlja-vazduh (kopno); voda; tlo; drugih organizama.

Svaka vrsta je prilagođena specifičnom skupu ekoloških uslova za nju - ekološkoj niši.

Svaka vrsta je prilagođena svom specifičnom okruženju, određenoj hrani, grabežljivcima, temperaturi, salinitetu vode i drugim elementima vanjskog svijeta, bez kojih ne može postojati.

Za postojanje organizama potreban je kompleks faktora. Potrebe tijela za njima su različite, ali svaki u određenoj mjeri ograničava njegovo postojanje.

Odsustvo (nedostatak) nekih faktora sredine može se nadoknaditi drugim bliskim (sličnim) faktorima. Organizmi nisu "robovi" uslova sredine - oni se u određenoj meri i sami prilagođavaju i menjaju uslove sredine na način da ublaže nedostatak određenih faktora.

Nedostatak fiziološki neophodnih faktora (svjetlo, voda, ugljični dioksid, nutrijenti) u okolini ne može se nadoknaditi (nadomjestiti) drugim.

1. Svetlost kao faktor životne sredine. Uloga svjetlosti u životu organizama

Svetlost je jedan oblik energije. Prema prvom zakonu termodinamike, ili zakonu održanja energije, energija se može mijenjati iz jednog oblika u drugi. Prema ovom zakonu, organizmi su termodinamički sistem koji neprestano razmjenjuje energiju i materiju sa okolinom. Organizmi na površini Zemlje su uglavnom izloženi protoku energije solarna energija, kao i dugotalasno toplotno zračenje kosmičkih tijela. Oba ova faktora određuju klimatske uslove životne sredine (temperatura, brzina isparavanja vode, kretanje vazduha i vode). Sunčeva svjetlost sa energijom od 2 cal pada na biosferu iz svemira. po 1 cm 2 u 1 min. Ova takozvana solarna konstanta. Ova svjetlost, prolazeći kroz atmosferu, je oslabljena i ne više od 67% njene energije može doći do površine Zemlje u vedro podne, tj. 1,34 cal. po cm 2 u 1 min. Prolazeći kroz oblake, vodu i vegetaciju, sunčeva svjetlost dodatno slabi, a raspodjela energije u njoj u različitim dijelovima spektra značajno se mijenja.

Stepen slabljenja sunčeve svetlosti i kosmičkog zračenja zavisi od talasne dužine (frekvencije) svetlosti. Ultraljubičasto zračenje sa talasnom dužinom manjom od 0,3 μm gotovo ne prolazi ozonski sloj(na nadmorskoj visini od oko 25 km). Takvo zračenje je opasno za živi organizam, posebno za protoplazmu.

U divljini je svjetlost jedini izvor energije; sve biljke, osim bakterija, fotosintetiziraju, tj. sintetiziraju organske tvari iz anorganskih (tj. iz vode, mineralnih soli i CO 2 - koristeći energija zračenja u procesu asimilacije). Svi organizmi za ishranu zavise od zemaljskih fotosintetizatora, tj. biljke koje nose hlorofil.

Svetlost kao faktor životne sredine deli se na ultraljubičastu sa talasnom dužinom od 0,40 - 0,75 mikrona i infracrvenu sa talasnom dužinom većom od ovih veličina.

Efekat ovih faktora zavisi od svojstava organizama. Svaki tip organizma prilagođen je jednom ili drugom spektru valnih dužina svjetlosti. Neke vrste organizama su se prilagodile ultraljubičastom, a druge infracrvenom.

Neki organizmi mogu razlikovati talasnu dužinu. Imaju posebne sisteme za percepciju svjetlosti i imaju vid boja, što je od velikog značaja u njihovom životu. Mnogi insekti su osjetljivi na kratkotalasno zračenje, koje ljudi ne percipiraju. Noćni leptiri dobro percipiraju ultraljubičaste zrake. Pčele i ptice precizno određuju svoju lokaciju i kreću se terenom čak i noću.

Organizmi takođe snažno reaguju na intenzitet svetlosti. Prema ovim karakteristikama biljke se dijele u tri ekološke grupe:

1. Svetloljubivi, sunceljubivi ili heliofiti – koji se mogu normalno razvijati samo pod sunčevim zracima.

2. Sjenoljubivi ili sciofiti su biljke nižih slojeva šuma i dubokomorske biljke, na primjer, đurđice i druge.

Kako se intenzitet svjetlosti smanjuje, usporava se i fotosinteza. Svi živi organizmi imaju graničnu osjetljivost na intenzitet svjetlosti, kao i na druge faktore okoline. Različiti organizmi imaju različit prag osjetljivosti na faktore okoline. Na primjer, intenzivno svjetlo inhibira razvoj Drosophyll muva, čak i uzrokuje njihovu smrt. Ne vole svjetlost i žohare i druge insekte. U većini fotosintetskih biljaka, pri slabom intenzitetu svjetlosti, sinteza proteina je inhibirana, dok su kod životinja procesi biosinteze inhibirani.

3. Heliofiti otporni na hladovinu ili fakultativni heliofiti. Biljke koje dobro rastu i u sjeni i na svjetlu. Kod životinja se ova svojstva organizama nazivaju svjetloljubivi (fotofili), sjenčani (fotofobi), eurifobični - stenofobični.

2. Temperatura kao faktor okoline

Temperatura je najvažniji faktor životne sredine. Temperatura renders ogroman uticaj o mnogim aspektima života organizama, njihovoj geografiji rasprostranjenosti, razmnožavanja i dr biološka svojstva organizmi koji uglavnom ovise o temperaturi. Domet, tj. temperaturne granice na kojima život može postojati kreću se od oko -200°C do +100°C, ponekad se postojanje bakterija nalazi u toplim izvorima na temperaturi od 250°C. U stvari, većina organizama može preživjeti unutar još užeg raspona temperatura.

Neke vrste mikroorganizama, uglavnom bakterije i alge, mogu živjeti i razmnožavati se u toplim izvorima na temperaturama blizu tačke ključanja. Gornja temperaturna granica za bakterije toplih izvora je oko 90°C. Promjenjivost temperature je vrlo važna sa ekološke tačke gledišta.

Svaka vrsta može živjeti samo unutar određenog raspona temperatura, takozvanih maksimalnih i minimalnih smrtonosnih temperatura. Iznad ovih kritičnih ekstremnih temperatura, hladnih ili vrućih, dolazi do smrti organizma. Negdje između njih je optimalna temperatura na kojoj je aktivna vitalna aktivnost svih organizama, žive tvari u cjelini.

Prema toleranciji organizama na temperaturni režim dijele se na euritermne i stenotermne, tj. sposoban izdržati široke ili uske temperaturne fluktuacije. Na primjer, lišajevi i mnoge bakterije mogu živjeti na različitim temperaturama, ili su orhideje i druge biljke koje vole toplinu tropskih zona stenotermne.

Neke životinje mogu održavati konstantnu tjelesnu temperaturu, bez obzira na temperaturu okoline. Takvi organizmi se nazivaju homeotermni. Kod drugih životinja, tjelesna temperatura se mijenja ovisno o temperaturi okoline. Zovu se poikiloterme. U zavisnosti od načina na koji se organizmi prilagođavaju temperaturnom režimu, dijele se u dvije ekološke grupe: kriofili - organizmi prilagođeni hladnoći, niskim temperaturama; termofili - ili toplinu.

3. Vlažnost kao ekološki faktor

U početku su svi organizmi bili vodeni. Osvojivši zemlju, nisu izgubili ovisnost o vodi. Voda je sastavni dio svih živih organizama. Vlažnost je količina vodene pare u vazduhu. Bez vlage i vode nema života.

Vlažnost je parametar koji karakteriše sadržaj vodene pare u vazduhu. Apsolutna vlažnost je količina vodene pare u vazduhu i zavisi od temperature i pritiska. Ova količina se naziva relativna vlažnost (tj. odnos količine vodene pare u vazduhu i zasićene količine pare pod određenim uslovima temperature i pritiska).

U prirodi postoji dnevni ritam vlažnosti. Vlažnost varira i vertikalno i horizontalno. Ovaj faktor, uz svjetlost i temperaturu, igra važnu ulogu u regulaciji aktivnosti organizama i njihove distribucije. Vlažnost takođe menja efekat temperature.

Sušenje na vazduhu je važan faktor životne sredine. Posebno za kopnene organizme, efekat sušenja vazduha je od velike važnosti. Životinje se prilagođavaju preseljenjem u zaštićena područja i aktivne su noću.

Biljke upijaju vodu iz tla i gotovo u potpunosti (97-99%) isparavaju kroz lišće. Ovaj proces se naziva transpiracija. Isparavanje hladi listove. Zahvaljujući isparavanju, joni se transportuju kroz tlo do korena, transport jona između ćelija itd.

Određena količina vlage neophodna je za kopnene organizme. Mnogima od njih je za normalan život potrebna relativna vlažnost od 100%, i obrnuto, organizam koji se nalazi u normalno stanje, ne može dugo da živi na apsolutno suvom vazduhu, jer stalno gubi vodu. Voda je suštinski deo žive materije. Stoga gubitak vode u određenoj količini dovodi do smrti.

Biljke sušne klime prilagođavaju se morfološkim promjenama, redukciji vegetativnih organa, posebno listova.

Kopnene životinje se također prilagođavaju. Mnogi od njih piju vodu, drugi je usisavaju kroz integument tijela u tečnom ili parovitom stanju. Na primjer, većina vodozemaca, neki insekti i grinje. Većina pustinjskih životinja nikada ne pije, svoje potrebe zadovoljavaju na račun vode opskrbljene hranom. Druge životinje dobijaju vodu u procesu oksidacije masti.

Voda je neophodna za žive organizme. Stoga se organizmi šire po staništu ovisno o svojim potrebama: vodeni organizmi stalno žive u vodi; hidrofiti mogu živjeti samo u vrlo vlažnim sredinama.

Sa stanovišta ekološke valencije, hidrofiti i higrofiti spadaju u grupu stenogigera. Vlažnost vazduha u velikoj meri utiče na vitalne funkcije organizama, na primer, 70% relativne vlažnosti je bilo veoma povoljno za sazrevanje u polju i plodnost ženki skakavca migratornih. Uz povoljnu reprodukciju, nanose ogromne ekonomske štete usjevima mnogih zemalja.

Za procjena okoliša Rasprostranjenost organizama se koristi kao pokazatelj suvoće klime. Suvoća služi kao selektivni faktor za ekološku klasifikaciju organizama.

Dakle, ovisno o karakteristikama vlažnosti lokalne klime, vrste organizama se dijele u ekološke grupe:

1. Hidratofiti su vodene biljke.

2. Hidrofiti su kopneno-vodene biljke.

3. Higrofiti - kopnene biljke koje žive u uslovima visoke vlažnosti.

4. Mezofiti su biljke koje rastu sa srednjom vlagom

5. Kserofiti su biljke koje rastu sa nedovoljno vlage. Oni se, pak, dijele na: sukulente - sukulentne biljke (kaktusi); sklerofiti su biljke sa uskim i malim listovima, savijenim u tubule. Također se dijele na eukserofite i stipakserofite. Eukserofiti su stepske biljke. Stipakserofiti su grupa uskolisnih travnatih trava (perjanica, vlasulja, tankonoga itd.). Zauzvrat, mezofiti se također dijele na mezohigrofite, mezokserofite itd.

Ustupajući u svojoj vrijednosti temperaturi, vlažnost je ipak jedan od glavnih faktora okoliša. Veći dio povijesti divljih životinja, organski svijet predstavljali su isključivo vodne norme organizama. Sastavni dio velike većine živih bića je voda, a za reprodukciju ili fuziju gameta, gotovo svim im je potrebna vodena sredina. Kopnene životinje su prisiljene stvoriti u svom tijelu umjetno vodeno okruženje za oplodnju, a to dovodi do činjenice da potonje postaje unutarnje.

Vlažnost je količina vodene pare u vazduhu. Može se izraziti u gramima po kubnom metru.

4. Edafski faktori

Glavna svojstva tla koja utiču na život organizama uključuju njegovu fizičku strukturu, tj. nagib, dubina i granulometrija, hemijski sastav samog tla i materije koje u njemu kruže - gasovi (u ovom slučaju potrebno je saznati uslove za njegovu aeraciju), voda, organske i mineralne materije u obliku jona .

Glavna karakteristika tla, koja je od velike važnosti i za biljke i za životinje koje se kopaju, je veličina njegovih čestica.

Uslovi tla određuju klimatski faktori. Čak i na maloj dubini u tlu vlada potpuni mrak, a ovo svojstvo karakteristično je za stanište onih vrsta koje izbjegavaju svjetlost. Kako tonu u tlo, temperaturne fluktuacije postaju sve manje značajne: dnevne promjene brzo blijede, a počevši od poznate dubine, njegove sezonske razlike se izglađuju. Dnevne temperaturne razlike nestaju već na dubini od 50 cm. Kako tlo tone, sadržaj kisika u njemu opada, a CO 2 raste. Na znatnoj dubini, uslovi se približavaju anaerobnim uslovima, gde žive neke anaerobne bakterije. Već kišne gliste preferiraju okruženje sa većim sadržajem CO 2 nego u atmosferi.

Vlažnost tla je izuzetno važna karakteristika, posebno za biljke koje na njemu rastu. Zavisi od brojnih faktora: režima padavina, dubine sloja, kao i fizičkih i hemijska svojstva tla, čije čestice, ovisno o njihovoj veličini, sadržaju organske tvari itd. Flora suhih i vlažnih tla nije ista, te se na ovim tlima ne mogu uzgajati iste kulture. Fauna tla je također vrlo osjetljiva na vlagu u tlu i općenito ne podnosi preveliku suhoću. Dobro poznati primjeri su gliste i termiti. Ovi potonji su ponekad prisiljeni da opskrbljuju vodom svoje kolonije podzemne galerije na velikoj dubini. Međutim, previsok sadržaj vode u tlu ubija larve insekata u velikom broju.

Minerali neophodni za ishranu biljaka nalaze se u tlu u obliku jona rastvorenih u vodi. U tlu se mogu naći najmanje tragovi preko 60 hemijskih elemenata. CO 2 i dušik su prisutni u velikim količinama; sadržaj drugih, kao što su nikl ili kobalt, je izuzetno mali. Neki ioni su otrovni za biljke, drugi su, naprotiv, vitalni. Koncentracija vodikovih jona u tlu - pH - je u prosjeku blizu neutralna vrijednost. Flora takvih tla je posebno bogata vrstama. Vapnena i slana tla imaju alkalni pH reda 8-9; na tresetištu sfagnuma kiseli pH može pasti na 4.

Neki joni su od velike ekološke važnosti. Oni mogu uzrokovati eliminaciju mnogih vrsta i, obrnuto, doprinijeti razvoju vrlo osebujnih oblika. Tla koja leže na krečnjacima su veoma bogata Ca +2 jonom; Na njima se razvija specifična vegetacija, nazvana kalcefit (u planinama runolist; mnoge vrste orhideja). Za razliku od ove vegetacije, postoji kalcefobična vegetacija. Uključuje kesten, paprat, većinu vrijeska. Takva vegetacija se ponekad naziva i kremen, jer tla siromašna kalcijem sadrže odgovarajuće više silicija. Zapravo, ova vegetacija ne preferira direktno silicij, već jednostavno izbjegava kalcij. Neke životinje imaju organsku potrebu za kalcijem. Poznato je da kokoške prestaju da nose jaja u tvrdoj ljusci ako se kokošinjac nalazi na području čije je tlo siromašno kalcijumom. Krečnjačka zona je obilno naseljena školjkašima (puževima), koji su ovdje široko zastupljeni u odnos vrsta, ali gotovo potpuno nestaju na granitnim masivima.

Na tlima bogatim 0 3 jonima razvija se i specifična flora koja se naziva nitrofilna. Organske ostatke koji sadrže dušik koji se često nalaze na njima bakterije razlažu prvo do amonijevih soli, zatim do nitrata i na kraju do nitrata. Biljke ove vrste formiraju, na primjer, guste šikare u planinama u blizini pašnjaka za stoku.

U tlu se nalaze i organske materije nastale razgradnjom mrtvih biljaka i životinja. Sadržaj ovih tvari opada s povećanjem dubine. U šumi, na primjer, važan izvor njihovog prihoda je leglo opalog lišća, a leglo listopadnih vrsta je u tom pogledu bogatije od četinara. Hrani se organizmima destruktorima - saprofitnim biljkama i životinjama saprofaga. Saprofite predstavljaju uglavnom bakterije i gljive, ali među njima se mogu naći i više biljke koje su izgubile hlorofil kao sekundarnu adaptaciju. Takve, na primjer, orhideje.

5. Različite životne sredine

Prema mišljenju većine autora koji proučavaju porijeklo života na Zemlji, vodena sredina je bila evolucijsko primarno okruženje za život. Nalazimo dosta indirektnih potvrda ovog stava. Prije svega, većina organizama nije sposobna za aktivan život bez ulaska vode u tijelo, ili barem bez održavanja određene količine tekućine u tijelu.

Možda je glavna karakteristika vodenog okoliša njegova relativna konzervativnost. Na primjer, amplituda sezonskih ili dnevnih temperaturnih fluktuacija u vodenoj sredini je mnogo manja nego u prizemno-zračnoj. Reljef dna, razlika u uslovima na različitim dubinama, prisustvo koraljnih grebena i tako dalje. stvaraju različite uslove u vodenoj sredini.

Karakteristike vodenog okoliša proizlaze iz fizičko-hemijskih svojstava vode. Dakle, velika gustina i viskoznost vode su od velike ekološke važnosti. Specifična težina vode je srazmerna težini tela živih organizama. Gustina vode je oko 1000 puta veća od gustine vazduha. Stoga se vodeni organizmi (posebno oni koji se aktivno kreću) suočavaju s velikom silom hidrodinamičkog otpora. Iz tog razloga, evolucija mnogih grupa vodenih životinja išla je u smjeru formiranja oblika tijela i tipova kretanja koji smanjuju otpor, što dovodi do smanjenja potrošnje energije za plivanje. Dakle, aerodinamičan oblik tijela nalazi se kod predstavnika razne grupe organizmi koji žive u vodi - delfini (sisari), koštane i hrskavične ribe.

Velika gustina vode je takođe razlog zašto mehaničke vibracije(vibracije) se dobro šire u vodenom okruženju. To je bilo važno u evoluciji osjetilnih organa, orijentaciji u prostoru i komunikaciji između vodenih stanovnika. Četiri puta veća nego u zraku, brzina zvuka u vodenoj sredini određuje višu frekvenciju eholokacijskih signala.

U vezi sa velika gustoća vodene sredine, njeni stanovnici su lišeni obavezne veze sa supstratom, što je karakteristično za kopnene oblike i povezano je sa silama gravitacije. Dakle, postoji čitava grupa vodenih organizama (i biljaka i životinja) koji postoje bez obavezne veze sa dnom ili drugim supstratom, "plutajući" u vodenom stupcu.

Električna provodljivost je otvorila mogućnost evolutivnog formiranja električnih čulnih organa, odbrane i napada.

Prizemno-vazdušno okruženje karakteriše velika raznolikost životnih uslova, ekoloških niša i organizama koji ih naseljavaju.

Glavne karakteristike zemno-vazdušne sredine su velika amplituda promena faktora sredine, heterogenost sredine, dejstvo sila gravitacije i niska gustina vazduha. Kompleks fizičko-geografskih i klimatski faktori karakterističan za određeno prirodno područje, dovodi do evolutivnog formiranja morfofizioloških adaptacija organizama na život u tim uslovima, raznolikost životnih oblika.

Atmosferski vazduh karakteriše niska i promenljiva vlažnost. Ova okolnost je u velikoj mjeri ograničavala (ograničavala) mogućnosti savladavanja zemno-vazdušne sredine, a usmjeravala je i evoluciju metabolizma vode i soli i strukture disajnih organa.

Tlo je rezultat aktivnosti živih organizama.

Važna karakteristika tla je i prisustvo određene količine organske materije. Nastaje kao rezultat odumiranja organizama i dio je njihovih izlučevina (izlučivanja).

Uslovi staništa tla određuju svojstva tla kao što su njegova aeracija (tj. zasićenost zrakom), vlažnost (prisustvo vlage), toplinski kapacitet i toplinski režim (dnevna, sezonska, godišnja varijacija temperature). Termalni način rada, u poređenju sa zemno-vazdušno okruženje, konzervativniji, posebno na velikim dubinama. Generalno, tlo karakterišu prilično stabilni životni uslovi.

Vertikalne razlike su karakteristične i za druga svojstva tla, na primjer, prodiranje svjetlosti, naravno, ovisi o dubini.

Organizme u tlu odlikuju se specifičnim organima i tipovima kretanja (kopanje udova kod sisara; sposobnost promene debljine tela; prisustvo specijalizovanih kapsula za glavu kod nekih vrsta); oblici tijela (zaobljeni, u obliku vuka, u obliku crva); izdržljivi i fleksibilni poklopci; smanjenje očiju i nestanak pigmenata. Među stanovnicima tla široko je razvijena saprofagija - jedenje leševa drugih životinja, trulih ostataka itd.

Zaključak

Izlaz jednog od faktora okoline izvan granica minimalnih (prag) ili maksimalnih (ekstremnih) vrijednosti (tipičnih za vrstu zone tolerancije) prijeti smrću organizma čak i uz optimalnu kombinaciju drugih faktora. Primjeri su: izgled atmosfera kiseonika, ledeno doba, suša, promjene pritiska tokom uspona ronilaca itd.

Svaki faktor životne sredine različito utiče na različite vrste organizama: optimum za neke može biti pesimum za druge.

Organizmi na površini Zemlje izloženi su protoku energije, uglavnom sunčeve energije, kao i dugovalnom toplotnom zračenju kosmičkih tijela. Oba ova faktora određuju klimatske uslove životne sredine (temperatura, brzina isparavanja vode, kretanje vazduha i vode).

Temperatura je najvažniji faktor životne sredine. Temperatura ima ogroman uticaj na mnoge aspekte života organizama, njihovu geografiju distribucije, reprodukciju i druga biološka svojstva organizama koja uglavnom zavise od temperature.

Sušenje na vazduhu je važan faktor životne sredine. Posebno za kopnene organizme, efekat sušenja vazduha je od velike važnosti.

Ustupajući u svojoj vrijednosti temperaturi, vlažnost je ipak jedan od glavnih faktora okoliša. Veći dio povijesti divljih životinja, organski svijet predstavljali su isključivo vodne norme organizama.

Edafski faktori obuhvataju čitav niz fizičkih i hemijskih svojstava tla koja mogu imati ekološki uticaj na žive organizme. Oni igraju važnu ulogu u životu onih organizama koji su usko povezani sa tlom. Biljke posebno zavise od edafskih faktora.

Spisak korišćene literature

1. Dedyu I.I. Ekološki enciklopedijski rječnik. - Kišinjev: ITU Publishing House, 1990. - 406 str.

2. Novikov G.A. Osnove opšta ekologija i zaštitu prirode. - L.: Izdavačka kuća Leningrad. un-ta, 1979. - 352 str.

3. Radkevich V.A. Ekologija. - Minsk: Viša škola, 1983. - 320 str.

4. Reimers N.F. Ekologija: teorija, zakoni, pravila, principi i hipoteze. -M.: Mlada Rusija, 1994. - 367 str.

5. Riklefs R. Osnove opće ekologije. - M.: Mir, 1979. - 424 str.

6. Stepanovskikh A.S. Ekologija. - Kurgan: GIPP "Zauralye", 1997. - 616 str.

7. Hristoforova N.K. Osnove ekologije. - Vladivostok: Dalnauka, 1999. -517 str.

kao abiotički faktor

Voda. U životu organizama voda je najvažniji faktor životne sredine. Bez vode nema života. Živi organizmi koji ne sadrže vodu nisu pronađeni na Zemlji. Glavni je dio protoplazme stanica, tkiva, biljnih i životinjskih sokova. Sve biohemijski procesi asimilacija i disimilacija, izmjena plinova u tijelu se odvija u prisustvu vode. Voda s otopljenim tvarima u njoj određuje osmotski tlak ćelijskih i tkivnih tekućina, uključujući međućelijsku razmjenu. U periodu aktivnog života biljaka i životinja sadržaj vode u njihovim organizmima je po pravilu prilično visok (tabela 4.8).

Tabela 4.8

% prema tjelesnoj težini (prema B. S. Kubantsev, 1973)

Biljke		Životinje
Morske alge korenje šargarepe lišće trave lišće drveća krtole krompira stabla drveća		školjke Insekti Lancelet Vodozemci sisari

U neaktivnom stanju tijela, količina vode može se značajno smanjiti, ali čak ni tokom odmora ne nestaje u potpunosti. Na primjer, suhe mahovine i lišajevi sadrže vodu od 5-7% ukupne mase, a zračno suha zrna žitarica sadrže najmanje 12-14%.Kopenske organizme, zbog stalnog gubitka vode, potrebno je redovno dopunjavati. . Stoga su u procesu evolucije razvili adaptacije koje reguliraju razmjenu vode i osiguravaju ekonomičnu upotrebu vlage. Uređaji su anatomski, morfološki, fiziološki i karakter ponašanja. Potreba za različitim vrstama biljaka u vodi za periode razvoja nije ista. Takođe varira u zavisnosti od klime i tla. Dakle, usevi žitarica u periodu klijanja i sazrevanja semena zahtevaju manje vlage nego tokom najintenzivnijeg rasta. Osim vlažnih tropskih krajeva, gotovo svugdje biljke doživljavaju privremeni nedostatak vode, sušu. Pri visokim temperaturama ljeti često se manifestira atmosferska suša, a suša tla nastaje smanjenjem vlage u tlu koja je dostupna biljci. Nedostatak ili manjak vlage smanjuje rast biljaka, može uzrokovati njihov nizak rast, neplodnost zbog nerazvijenosti generativnih organa. Od najveće važnosti u svim manifestacijama vitalne aktivnosti je izmjena vode između tijela i vanjskog okruženja. Vlažnost je često faktor koji ograničava distribuciju i obilje organizama na Zemlji. Na primjer, stepske, a posebno šumske biljke zahtijevaju visok sadržaj pare u zraku, dok su se pustinjske biljke prilagodile niskoj vlažnosti.

Važnu ulogu kod životinja igra propusnost integumenta i mehanizmi koji reguliraju izmjenu vode. Ovdje je prikladno okarakterisati osnovni pokazatelji vlažnosti. Vlažnost je parametar koji karakteriše sadržaj vodene pare (gasovita voda) u vazduhu. Razlikovati apsolutnu i relativnu vlažnost. Apsolutna vlažnost - količina gasovite vode sadržana u vazduhu, izražena u vidu mase vode po jedinici mase vazduha (na primer, u gramima po 1 kg ili po 1 m 3 vazduha). Relativna vlažnost- je odnos količine pare prisutne u vazduhu i zasićene količine pare pod datim uslovima temperature i pritiska. Ovaj omjer se utvrđuje formulom:

gdje je r relativna vlažnost;

P i PS - apsolutna i zasićena (maksimalna) vlažnost na datoj temperaturi.

Relativna vlažnost zraka obično se mjeri poređenjem temperature na dva termometra - mokrom i suhom. Ovaj uređaj se zove psihrometar. Dakle, ako oba termometra pokazuju istu temperaturu, onda je relativna vlažnost zraka 100%.Ako "mokri" termometar pokazuje nižu temperaturu od "suvog" (obično se to dešava), tada će relativna vlažnost zraka biti manja od 100% Tačna vrijednost se dobija iz posebnih referentnih tabela. Higrograf je također koristan za mjerenje relativne vlažnosti. Uređaj koristi svojstvo ljudske dlake da se smanjuje ili produžuje u zavisnosti od relativne vlažnosti, što vam omogućava kontinuirano snimanje očitanja.

Relativna vlažnost se često meri u studijama životne sredine. važno za organizme deficit zasićenja zrak vodenom parom ili razlika između maksimalne i apsolutne vlažnosti na određenoj temperaturi. Nedostatak zasićenja zraka može se označiti slovom i odrediti formulom:

d = PS - P. (4.5)

Ovaj pokazatelj najjasnije karakterizira isparivu moć zraka i igra posebnu ulogu za ekološka istraživanja. Zbog činjenice da se evaporatorna snaga zraka povećava s povećanjem temperature, na različitim temperaturama deficit zasićenja nije isti pri istoj vlažnosti. Sa njegovim povećanjem, vazduh postaje suvlji i u njemu se intenzivnije dešavaju isparavanje i transpiracija. Kako se deficit zasićenja smanjuje, relativna vlažnost vazduha raste. Temperatura okoline najznačajnije utiče na prirodu djelovanja vlage.

Značajke su važne u životu organizama sezonska distribucija vlage tokom godine. Da li padavine padaju zimi ili ljeti? Kolika je njena dnevna fluktuacija? Dakle, u sjevernim krajevima naše planete obilne padavine koje padaju tokom hladne sezone uglavnom su nedostupne biljkama, a istovremeno se čak i male padavine ljeti pokazuju vitalnim. Važno je uzeti u obzir prirodu padavina - kiša sa kišom, jaka kiša, snijeg, njihovo trajanje. Na primjer, kiša ljeti dobro vlaži tlo, efikasnija je za biljke od pljuska koji nosi kolosalne tokove vode. Za vrijeme kišne oluje tlo nema vremena da apsorbira vodu, brzo se drenira, uzimajući sa sobom plodni dio, slabo ukorijenjene biljke, što često dovodi do smrti malih životinja, posebno insekata. Međutim, dugotrajne kiše mogu imati negativan uticaj na život životinja, kao što su insektojedi tokom hranjenja pilića.

Zimske padavine koje padaju u obliku snijega u hladnim i umjerenim klimatskim uvjetima stvaraju snježni pokrivač koji povoljno utiče na temperaturni režim tla i time povećava opstanak biljaka i životinja. Nasuprot tome, zimske padavine u obliku kiše nepovoljno utiču na biljke, njihov opstanak i povećavaju smrtnost insekata.

Stepen zasićenosti zraka i tla vodenom parom je od velikog značaja. Često postoje slučajevi uginuća životinja i biljaka tokom suše, što je uzrokovano prekomjernom suhoćom zraka ili suhim vjetrom. Prije svega, to utiče na život organizama koji žive na vlažnim mjestima, po pravilu, zbog nedostatka mehanizama koji regulišu gubitak vode tokom transpiracije i isparavanja, dok su vanjske kože tijela vrlo neprobojne.

Vlažnost vazduha određuje periodičnost aktivnog života organizama, sezonsku dinamiku životnih ciklusa, utiče na trajanje razvoja, plodnost i njihovu smrtnost. Na primjer, biljne vrste kao što su proljetna veronika, pješčana zaboravnica, pustinjska cikla itd., koristeći proljetnu vlagu, imaju vremena da klijaju za vrlo kratko vrijeme (12-30 dana), razvijaju generativne izdanke, cvjetaju, formiraju voće i sjemenke. Ove jednogodišnje biljke se nazivaju ephemera(od grčkog ephemeros - prolazan, jednodnevni). Efemeri se, pak, dijele na proljeće i jesen. Gore navedene biljke pripadaju prolećnoj efemeri. Jasnu adaptaciju na sezonski ritam vlažnosti pokazuju i pojedine vrste višegodišnjih biljaka tzv. efemeroidi ili geoephemeroids. At nepovoljni uslovi vlažnosti, mogu odgoditi svoj razvoj dok ne postane optimalan ili, poput efemera, proći cijeli svoj ciklus u izuzetno kratkom ranom proljetnom periodu. To uključuje tipične biljke južnih stepa - stepski zumbul, perad, tulipane itd.

Životinje takođe mogu biti efemeri. To su insekti, rakovi (štitarice koje se u proljeće pojavljuju u velikom broju u šumskim lokvama), pa čak i ribe koje žive u malim barama, lokvama, kao što su afrički notobranci i afiosemioni iz reda šaranskih zubaca.

U odnosu na vlažnost, postoje euryhygrobiont i stenohygrobiont organizmi. Euryhygrobiont organizmi su se prilagodili da žive uz različite fluktuacije vlažnosti. Za stenohigrobiontske organizme vlažnost mora biti strogo određena: visoka, srednja ili niska. Razvoj životinja nije ništa manje usko povezan s vlažnošću okoliša. Međutim, životinje, za razliku od biljaka, imaju sposobnost aktivnog traženja uslova sa optimalnom vlažnošću i imaju naprednije mehanizme za regulaciju metabolizma vode.

Vlažnost okoline utiče na sadržaj vode u tkivima životinje i stoga je direktno povezana sa njenim ponašanjem i preživljavanjem. Međutim, može imati indirektan učinak kroz hranu i druge faktore. Na primjer, za vrijeme suše s teškim izgaranjem vegetacije, broj fitofagnih životinja se smanjuje. Razvoj životinja u fazama zahteva strogo definisane uslove vlažnosti. S nedostatkom vlage u zraku ili hrani kod životinja, plodnost je naglo smanjena, i to prije svega kod oblika koji vole vlagu. Nedovoljna količina vode u hrani smanjuje brzinu rasta kod većine životinja, usporava njihov razvoj, smanjuje očekivani životni vijek i povećava mortalitet (Sl. 4.15).

Slika 4.15 Utjecaj vlage na glavni vital

Procesi kod životinja (prema N.P. Naumovu, 1963):

A-higrofili; B-kserofili;

1 - mortalitet, 2 - dugovečnost, 3 - plodnost, 4 - stopa razvoja

shodno tome, vodni režim, odnosno uzastopne promjene snabdijevanja, stanja i sadržaja vode u vanjskoj sredini(kiša, snijeg, magla, zasićenost vazdušnom parom, nivo podzemnih voda, vlažnost tla), ima značajan uticaj na vitalnu aktivnost živih organizama.

U odnosu na vodni režim, kopneni organizmi se dijele u tri glavne ekološke grupe: higrofilan(voli vlagu), kserofilna(suvoljubivi) i mezofilni(preferira umjerenu vlažnost). Primjeri higrofila među biljkama su močvarni neven, obična kiselica, puzavica, ljutika čistjak, itd.; među životinjama su mušice, repovi, komarci, vretenci, mljeveni kornjaši itd. Sve one ne podnose značajan deficit vode, a ne podnose čak ni kratkotrajnu sušu.

Pravi kserofili su tamne bube, deve, gušteri. Ovdje su široko zastupljeni različiti mehanizmi regulacije metabolizma vode i adaptacije na zadržavanje vode u tijelu i stanicama, što je kod higrofila slabo izraženo.

Istovremeno, podjela organizama u tri grupe je donekle relativna, jer kod mnogih vrsta stupanj potrebe za vlagom nije konstantan u različitim uvjetima i nije isti u različitim fazama razvoja organizama. Tako se sadnice i mlade biljke mnogih vrsta drveća razvijaju prema mezofilnom tipu, dok odrasle biljke imaju jasne karakteristike kserofila.

Prema načinu regulacije vodnog režima, kopnene biljke se dijele u dvije grupe: poikilohidrid i homeo-hidrid. Poikilohidridne biljke su vrste koje nisu u stanju aktivno regulirati svoj vodni režim. Nemaju nikakve anatomske karakteristike koje bi doprinijele zaštiti od isparavanja. Većina nema stomate. Transpiracija je jednaka jednostavnom isparavanju. Sadržaj vode u ćelijama je u ravnoteži sa pritiskom pare u vazduhu ili je određen njegovom vlažnošću, zavisi od njegovih fluktuacija. Poikilohidridne biljke uključuju gljive, kopnene alge, lišajeve, neke mahovine, a od viših biljaka, finolisne paprati tropskih šuma. Manju grupu čine cvjetnice sa pučima, predstavnici porodice Gesneriaceae, koji žive u pukotinama stijena na Balkanu iu Južnoj Africi. Ovo također uključuje srednjoazijski pustinjski šaš-Cagexphysodes. Listovi poikilohidridnih biljaka mogu se osušiti gotovo do zračno suhog stanja, a nakon vlaženja "ožive" i ponovo pozeleneti.

Homeohidridne biljke su u stanju, u određenim granicama, regulisati gubitak vode zatvaranjem stoma i savijanjem listova. AT ćelijskih zidova talože se vodootporne supstance (suberin, cutin), površina listova je prekrivena kutikulom itd. Ovo omogućava homeohidridnim biljkama da održavaju relativno konstantan nivo sadržaja vode u ćelijama i pritiska vodene pare u međućelijskim prostorima. . Transpiracija se po veličini, dnevnoj i sezonskoj dinamici značajno razlikuje od slobodnog isparavanja vlažnih fizičko tijelo(sl.4.16).

Slika 4.16 Šema dnevnog toka transpiracije na

različita dostupnost vode biljaka (iz T. K. Goryshina, 1979):

1 - Transpiracija bez ograničenja; 2 - Transpiracija sa podnevnim smanjenjem zbog suženja stomata; 3 - isto, sa potpunim zatvaranjem stomata; 4 - potpuno isključenje stomatalne transpiracije zbog produženog zatvaranja stomata (samo kutikularna transpiracija ostaci); 5 - smanjenje kutikularne transpiracije zbog promjene propusnosti membrane. Strelice prema dolje - zatvaranje stomata; strelice usmjerene prema gore - otvaranje stomata. Isprekidana linija je dnevni tok isparavanja sa slobodnim vodena površina. Izležavanje-područje kutikularne transpiracije

Ova grupa čini većinu viših vaskularnih biljaka i čini vegetacijski pokrivač Zemlje. Inače, umjesto zelenih šuma i livada, čak i u umjerenim geografskim širinama, svježe zelenilo bi se našlo tek nakon kiša.

Uslovi razmjene vode u organizmima određuju se vlažnošću staništa. Ovisno o tome, razvijaju karakteristike prilagođavanja životu u uvjetima dovoljnog ili malog vodosnabdijevanja. To je najjasnije izraženo kod biljaka. U nedostatku mogućnosti slobodnog kretanja, bolje od drugih pokazuju prilagodljivost životu u staništima sa velikom ili malom količinom vlage.

U zavisnosti od staništa među kopnenim biljkama, razlikuju se sljedeće ekološke grupe: higrofiti, mezofiti i kserofiti. Hygrophytes(od grčkog "hygros" - mokar i "phyton" - biljka) - biljke koje žive na vlažnim mjestima, ne podnose nedostatak vode i imaju nisku otpornost na sušu. Biljke ove grupe u pravilu imaju velike, tanke, nježne lisne ploče s malim brojem stomata, često smještenih s obje strane. Stomati su uglavnom širom otvoreni, stoga se transpiracija malo razlikuje od fizičkog isparavanja. Korijeni su obično debeli, blago razgranati. Korijenske dlačice su slabo zastupljene ili ih nema. Svi organi su prekriveni tankom jednoslojnom epidermom, praktički nema kutikule. Široko razvijena aerenhima(tkivo koje prenosi vazduh), obezbeđujući aeraciju biljnog tela. Higrofiti prvenstveno uključuju tropske biljke koje žive na visokoj temperaturi i vlažnosti. Često higrofiti žive u sjeni ispod šumskih krošnji (na primjer, paprati) ili na otvorenim prostorima, ali uvijek na tlima koja su preplavljena ili prekrivena vodom. U umjerenoj i hladnoj klimi tipični su higrofiti shady zeljaste šumske biljke. Raste na otvorenim površinama i vlažnim zemljištima svjetlo higrofiti. To su, kao što su neven (Caltapalustris), plakun-trava (Lythrumsalicaria), rosa (Drosera), mnoge žitarice i šaš vlažnih staništa, od kultivisanog bilja, pirinač uzgajan na poljima poplavljenim vodom pripada lakim higrofitima.

Općenito, s prilično velikom raznolikošću staništa, karakteristikama vodnog režima i anatomskim i morfološkim karakteristikama, sve higrofite ujedinjuje odsutnost adaptacija koje ograničavaju potrošnju vode i nemogućnost da izdrže čak i blagi gubitak vode.

Na primjer, kod lakih higrofita, listovi tokom dana mogu izgubiti količinu vode na sat, što je 4-5 puta veće od težine lista. Poznato je kako brzo cvijeće sakupljeno uz obale akumulacija vene u rukama. Indikativno za higrofite i male vrijednosti subletalnog deficita vode. Za oxalis i minik, gubitak 15-20% vodosnabdijevanja je već nepovratan i dovodi do smrti.

mezofiti- Ovo su biljke umjereno vlažnih staništa. Imaju dobro razvijen korijenski sistem. Korijen ima brojne korijenske dlake. Listovi su različiti po veličini, ali su u pravilu veliki, mekani, ne debeli, ravni, sa umjereno razvijenim pokrovnim, provodljivim, mehaničkim, stupastim i spužvastim tkivom. Stomati se nalaze na donjoj strani lisnih ploča. Regulacija stomatalne transpiracije je dobro izražena. Mezofiti uključuju mnoge livadske trave (crvena djetelina, timothy trava, cocksfoot), većina šumskog bilja (đurđevak, zelenčuk i dr.), značajan dio listopadnog drveća (breza, jasika, javor, lipa), mnogo polja (raž, krompir, kupus) i voćaka (jabuka, ribizla, trešnja, malina) usevi i korovi.

Ista mezofilna vrsta, koja pada u različite uslove vodosnabdevanja, ispoljava određenu plastičnost, dobijajući više higromorfnih osobina u vlažnim uslovima, a više kseromorfnih karakteristika u suvim uslovima.

Mezofiti su povezani prijelazima s drugima ekološki tipovi biljke u odnosu na vodu, pa je često vrlo teško povući jasnu granicu između njih. Na primjer, među livadskim mezofitima razlikuju se vrste s povećanom ljubavlju prema vlagi, koje preferiraju trajno vlažna ili privremeno poplavljena područja (livadni lisičnjak, obična bekmanija, trska kanarinca itd.). Kombinuju se u prelaznu grupu higromezofita, zajedno sa nekim šumskim travama koje vole vlagu i preferiraju šumske gudure, raskvašene ili najvlažnije šume, kao što su slezena, čupava, paprat, neke šumske mahovine itd.

Na staništima sa periodičnim ili stalnim (ali malim) nedostatkom vlage, nalaze se mezofiti sa povećanom fiziološkom otpornošću na sušu, sa određenim kseromorfnim osobinama. Ova grupa je prelazna između mezofita i kserofita se zove kseromezofiti. To uključuje mnoge vrste biljaka sjevernih stepa, suhe borove šume, pješčana staništa - djetelina bijele glave, žuta slama itd., Od kultiviranih biljaka - lucerna, sorte pšenice otporne na sušu i neke druge. kserofiti(od grčkog "xeros" - suh i "phyton" - biljka) su biljke suhih staništa koje mogu tolerisati značajan nedostatak vlage - tla i atmosfersku sušu. Kserofiti su najzastupljeniji i najraznovrsniji u područjima sa toplom i suvom klimom. To uključuje biljne vrste pustinja, suhe stepe, savane, trnovite šume, suhe suptrope itd.

Nepovoljan vodni režim biljaka u suhim staništima nastaje zbog ograničene zalihe vode kada je ona manjkava u tlu i povećanja potrošnje vlage za transpiraciju pri visokoj suhoći zraka i visokoj temperaturi. Tako se može prevladati nedostatak vlage Različiti putevi: povećanje njegove apsorpcije i smanjenje potrošnje, kao i sposobnost podnošenja velikih gubitaka vode. U ovom slučaju razlikuju se dva glavna načina za prevladavanje suše: sposobnost odupiranja sušenju tkiva ili aktivna regulacija ravnoteže vode i sposobnost izdržavanja jakog sušenja.

Za kserofite su važne različite strukturne adaptacije na uslove nedostatka vlage. Na primjer, snažan razvoj korijena pomaže biljkama da povećaju upijanje vlage iz tla. Često je u zeljastim i žbunastim vrstama srednjoazijskih pustinja podzemna masa 9-10 puta veća od nadzemne mase. Korijenski sistemi kserofita često su ekstenzivnog tipa, tj. biljke imaju dugačko korijenje koje se širi u velikoj količini tla, ali je malo razgranato. Prodirući u velike dubine, takvo korijenje omogućava, na primjer, pustinjskim grmovima da koriste vlagu dubokih horizonata tla, a u nekim slučajevima i podzemne vode. Druge vrste, kao što su stepske trave, imaju intenzivan korijenski sistem. Pokrivaju malu količinu tla, ali zbog gustog grananja maksimalno iskorištavaju vlagu (sl. 4.17).

Kopneni organi kserofita odlikuju se osebujnim karakteristikama koje nose otisak teških uslova vodosnabdijevanja. Imaju visoko razvijen sistem vodosnabdijevanja, jasno vidljiv po gustini mreže vena u listovima koje dovode vodu do tkiva (slika 4.18).

Ova karakteristika olakšava kserofitima da popune rezerve vlage koje se koriste za transpiraciju. Strukturne prilagodbe zaštitne prirode kod kserofita, usmjerene na smanjenje potrošnje vode, mogu se svesti na sljedeće:

1. Opće smanjenje prozračne površine zbog malih uskih, jako reduciranih listova.

2. Smanjena površina listova tokom najtoplijih i najsušnijih perioda vegetacije.

3. Zaštita listova od velikih gubitaka vlage zbog transpiracije zbog razvoja moćnih integumentarnih tkiva - debelozidne ili višeslojne epiderme, često nosi razne izrasline i dlačice koje formiraju gustu "filcanu" pubescenciju površine lista.

4. Pojačan razvoj mehaničkog tkiva, sprečavajući opuštanje lisnih ploča u slučaju velikih gubitaka vode.

Sl.4.17.Različite vrste korijenskih sistema:

A-ekstenzivni (devin trn);

B-intenzivna (pšenica

Kserofiti sa najizraženijim kseromorfnim osobinama gore navedene strukture lista imaju osebujnu izgled(čičak, stepski i pustinjski pelin, perjanica, saksaul itd.), po čemu su i dobili naziv sklerofiti. Sklerofiti (od grčkog "scleros" - tvrd, tvrd) ne akumuliraju vlagu u sebi, već je isparavaju u velikim količinama, neprestano je dobijajući iz dubokih slojeva tla. Tijelo ovih biljaka je grubo, suho, ponekad drev, sa velikom količinom mehaničkog tkiva. Kada je dovod vode prekinut na duže vrijeme, može doći do opadanja lišća ili dijela izdanaka, što dovodi do smanjenja isparavanja. Mnogi kserofiti podnose sušnu sezonu u stanju prisilnog mirovanja.

Slika 4.18 Razlika u venaciji (A), veličini i broju stomata (B)

Kod kserofita i mezofita (od A.P. Shennikova, 1950):

1 - pustinjski kserofit -Psoraleadrupaceae;

2 -šumski mezofit-Paris quadrifolia

Druga grupa kserofita ima sposobnost da akumulira veliku količinu vode u svojim tkivima i naziva se "sukulenti" (od latinskog "succulentus" - sočan, debeo). Njihovo tkivo koje čuva vodu može se razviti u stabljikama ili listovima, pa se dijele na sukulente stabljike (kaktusi, mljevene) i sukulenti listova(aloja, agava, mlada). Tijelo sukulenata obično je prekriveno debelom, kutiniziranom epidermom i voštanom prevlakom. Na površini tijela gotovo da nema stomata. A ako ima, onda su male, nalaze se u jamama i većinu vremena su zatvorene. Otvoreno samo noću. Sve to uvelike smanjuje transpiraciju. karakteristična karakteristika sukulenti su visoko upijajući. Tokom kišne sezone, neke vrste upijaju veliku količinu vode. Sukulenti polako troše akumuliranu vlagu u budućnosti. Sukulenti rastu u vrućim, suhim klimama. Gdje barem povremeno pada kratkotrajna, ali obilna, obilna kiša.

U cjelini razne forme adaptacije na vodni režim kod biljaka i životinja, koje su nastale u procesu evolucije, prikazane su u tabeli 4.9.

Tabela 4.9

Prilagođavanje sušnim uslovima u biljkama i životinjama

(prema N. Green et al., 1993.)

Adaptacija	Primjeri
Smanjenje gubitka vode
Listovi se pretvaraju u iglice ili bodlje potopljeni stomati Listovi smotani u cilindar Debela voštana kutikula Debela stabljika sa velikim odnosom zapremine i površine pubescentni listovi Opadanje lišća tokom suše Stomati su otvoreni noću, a zatvoreni tokom dana Efikasna fiksacija CO 2 noću sa ne potpuno otvorenim stomama Izlučivanje dušika u obliku mokraćne kiseline Izdužena Henleova petlja u bubregu Tkanine su otporne na toplinu zbog smanjenog znojenja ili transpiracije Životinje se kriju u rupama Rupe za disanje prekrivene ventilima	Cactaceae , Euphorbiaceae (spurge), četinari Pinus , Ammophila Ammophila Listovi većine kserofita, insekti Cactaceae, Euphorbiaceae ("sukulenti") Mnoge alpske biljke Fouguieriasplendens Crassulaceae(debela) C-4 biljke, npr. Zeamays Insekti, ptice i neki gmizavci Pustinjski sisari, npr. kamila, pustinjski pacov Mnogo pustinjskih biljaka, kamila Mnogi mali pustinjski sisari, kao što je pustinjski pacov mnogo insekata
Povećajte apsorpciju vode
Ekstenzivni plitki korijenski sistem i duboko prodorni korijeni dugim korenima Kopanje prolaza do vode	Neke vrste Cactaceae, npr. Opuntia i Euphorbiaceae Mnoge alpske biljke, kao što je rumun (Leontopodium alpinum)
skladište vode
U mukoznim stanicama i u ćelijskim zidovima U specijalizovanoj bešici Kao mast (voda je proizvod oksidacije)		Cactaceae i Euphorbiaceae pustinjska žaba pustinjski pacov
Fiziološka otpornost na gubitak vode
Sa vidljivom dehidracijom, održivost ostaje Gubitak značajnog dijela tjelesne težine i njegov brzi oporavak u prisustvu dostupne vode		Neke epifitske paprati i mahovine, mnoge briofite i lišajevi, žalfija šaš physoides Lumbricusterrestris (gubi do 70% mase), kamila (gubi do 30%)

Kraj stola 4.9

Adaptacija	Primjeri
"Izbjegavanje problema"
Preživite nepovoljan period u obliku sjemena Preživite nepovoljan period u obliku lukovica i gomolja Distribucija sjemena u očekivanju da će neko od njih pasti u povoljne uslove Bihevioralne reakcije izbjegavanje Ljetna hibernacija u ljigavoj čauri