Экология – это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой.
Экологические факторы – это все факторы окружающей среды, которые действуют на организм.
Экологические факторы
1. Абиотические – факторы неживой природы: температура, влажность, солёность воды, сила ветра, атмосферное давление и т.п.
2. Биотические – воздействия живых организмов: паразитизм, хищничество, симбиоз, конкуренция, эпидемии и т.п.
3. Антропогенные – воздействия человека: вырубка леса, таяние ледников, загрязнение воздуха, осушение болота, рыхление почвы и т.п.
Глубокий снежный покров зимой - АБИОТИЧЕСКИЙ фактор, является благоприятным фактором для мышевидных грызунов. Их размер МЕЛКИЙ, они легко роют норы ПОД снежным покровом, который ЗАТРУДНЯЕТ их поимку хищниками. Вывод: ГЛУБОКИЙ снежный покров - это серьезное затруднение для крупных животных (не поймать корм), но не для мелких.
Пределы выносливости
У каждого организма есть свой диапазон выносливости для каждого фактора – предел выносливости (зона толерантности).
В этом диапазоне выделяют зону оптимума, в которой организму очень хорошо, и крайние зоны угнетения (пессимума).
В зависимости от пределов выносливости виды делят на 2 группы:
• Стенобионты – имеют узкий предел выносливости (им нужны постоянные условия среды, и любое отклонение от этого предела критично) Примеры: камбала (живёт только в солёной воде), карась (живёт только в пресной воде)
• Эврибионты – имеют широкие пределы выносливости (они могут выдерживать значительные колебания факторов среды => легко приспосабливаются к самым разным условиям) Примеры: ель, сосна, береза, одуванчик, мыши, воробьи, голуби встречаются почти везде
Закон Либиха (закон минимума): выживаемость организма зависит от лимитирующего фактора, т.е. такого фактора, недостаток которого сильнее всего влияет на выживаемость. Например, для человека это будут незаменимые аминокислоты; для растений в степи – вода; для водорослей на дне моря – свет.
Совокупность и пересечение пределов выносливости по всем факторам образует экологическую нишу вида.
Экологическая ниша – это место вида в экосистеме, его «профессия», совокупность всех требований вида к условиям среды.
Какая бывает среда обитания:
| Условия и адаптации к ним | Примеры | |
| 1. Организменная | Плюсы: • много еды ⇒ упрощение пищеварительной системы • нет конкурентов, нет хищников, нет внешних раздражителей ⇒ упрощение нервной системы • стабильные условия: температура, влажность ⇒ простое строение тела Минусы: • сложно найти партнёра ⇒ гермафродитизм • нет кислорода ⇒ анаэробное дыхание • иммунная реакция хозяина ⇒ устойчивость к иммунитету хозяина • пищеварительные ферменты хозяина ⇒ плотный защитный слой (кутикула) • сложно заразить хозяина ⇒ высокая плодовитость (увеличение шансов попасть в организм хозяина), цикл со сменой хозяев |
паразитические черви: сосальщики, цепни, аскарида |
| 2. Водная | • мало кислорода ⇒ замедленный обмен веществ • плотная среда ⇒ обтекаемая и гладкая форма тела, плавники, тело покрыто слизью • свет попадает только в поверхностные слои ⇒ жизнь сосредоточена в верхних слоях воды, а глубже живут только высокоспециализированные виды; верхняя сторона тела тёмная, а нижняя - светлая • небольшие перепады температуры |
водные животные и растения |
| 3. Наземно-воздушная | • много кислорода ⇒ ускоренный обмен веществ, лёгочное дыхание • низкая плотность среды ⇒ нужно поддерживать положение тела ⇒ у растений – механические ткани, у животных - скелет • большие перепады температуры ⇒ приспособления к терморегуляции (шерсть, перья) или способность впадать в анабиоз (спячку) • много света ⇒ широкие листья у растений |
птицы, рептилии и другие наземные животные |
| 4. Почвенная | • мало кислорода • плотная среда ⇒ обтекаемая и гладкая форма тела, малый размер, плотные кожные покровы, копательные конечности • нет света ⇒ хорошее обоняние и осязание |
дождевой червь, медведка, крот, слепыш |
Приспособления организмов к условиям обитания
Адаптации: морфологические (изменение формы и строения тела), физиологические (изменение обмена веществ в зависимости от условий внешней среды), биохимические (образование химических веществ), поведенческие.
1. Морфологические адаптации:
• покровительственная окраска – животное сливается со средой
Примеры: белый медведь, заяц-беляк, камбала.
• расчленяющая окраска – животное становится незаметным в стае сородичей или в траве
Примеры: зебра, тигр.
• предупреждающая окраска – яркие, заметные цвета (характерно для ядовитых животных)
Примеры: божья коровка, тропические лягушки. Хищники знают, что поедать их – опасно для жизни.
• мимикрия – подражание безобидного вида опасному или ядовитому
Примеры: муха-журчалка, муха-осовидка, бабочка павлиний глаз.
• маскировка – подражание неподвижному телу природы (форма + цвет)
Примеры: палочники, некоторые гусеницы.
• густая шерсть у млекопитающих, смена окраски в зависимости от времени года, появление перепонок у водоплавающих птиц
2. Поведенческие адаптации:
• отпугивающее (угрожающее) – появляется только в момент опасности Кобра раскрывает капюшон, круглоголовка раскрывает складки на коже, лошадь встаёт на дыбы
• притвориться мёртвым
• ответная атака
3. Физиологические
Примеры: запасание жира у верблюдов, изменение количества эритроцитов, способность к эхолокации у летучих мышей, выделение лишней соли из организма крокодила.
4. Биохимические
Примеры: синтез яда у стрекающих, выделение плохо пахнущих веществ у клопов при опасности, образование антибиотика у пеницилла, устойчивые к высоким температурам белки у термофилов.
Любое защитное приспособление имеет относительный характер: то, что полезно в одних условиях, может быть бесполезно (или даже вредно) в других.
Холоднокровные (пойкилотермные) животные – температура тела зависит от температуры среды (все беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии). При очень низкой или очень высокой температуре впадают в спячку (анабиоз, оцепенение), т.к. биохимические процессы очень сильно замедляются.
Теплокровные (гомойотермные) животные – температура тела постоянна (птицы, млекопитающие)
Первичноводные организмы – зародились и всегда жили в воде.
Примеры: рыбы, водоросли.
Вторичноводные организмы – их предки полностью освоили сушу, но они вторично перешли к жизни в воде.
Примеры: киты, дельфины, вымершие ихтиозавры, водяной паук, кувшинка.
Свет как экологический фактор
Группы растений по отношению к свету
1. Гелиофиты (светолюбивые) – живут на открытых, хорошо освещаемых пространствах; плохо переносят длительное затенение
- листья толстые, часто рассечённые, с развитой кутикулой или опушением,
- большое число устьиц,
- многослойная столбчатая хлоренхима,
- повышенное содержание хлоропластов и хлорофилла.
Примеры: берёза, сосна, лиственница, акация, лотос, кувшинка, луговые растения, пустынные растения (ксерофиты).
2. Сциофиты (тенелюбивые) – живут в затенённых условиях, предпочитают рассеянный свет; плохо переносят прямые лучи
- листья тонкие, большие, цельные, тёмные,
- устьиц мало,
- хлоропластов и хлорофилла меньше, чем у гелиофитов.
Примеры: лесные растения подстилки (мхи, лишайники, плауны, папоротники и некоторые цветковые).
Группы животных по отношению к свету
1. дневные: имеют хорошее цветное зрение,
2. сумеречные: имеют чёрно-белое зрение,
3. ночные/пещерные/почвенные/глубоководные: ориентируются на запах, звук и эхолокацию; невзрачная окраска.
Фотопериодизм – реакции на изменение длины светового дня
• суточные ритмы: сон, бодрствование, открытие и закрытие цветков,
• годовые (циркадные) ритмы: линька, миграции, перелёты, листопад, цветение, созревание плодов.
Влажность и температура как экологический фактор
Группы растений по отношению к влажности:
Ксерофиты – в очень сухом климате;
• Суккуленты: запасают воду в мясистых стеблях и листьях, имеют очень глубокую корневую систему (кактусы, алоэ)
• Склерофиты: имеют очень мелкие, сухие листья и стебли, колючки (саксаул, ковыль)
Мезофиты – средняя влажность; типичные растения (берёза, одуванчик, ромашка)
Гигрофиты – высокая влажность; любят влажную почву и затенённые места (мхи, папоротники, орхидея, росянка)
Гидрофиты – полуводные или болотистые растения; имеют хорошо развитые воздухоносные ткани (рогоз, камыш, стрелолист)
Гидатофиты – полностью водные растения; плохо развиты проводящие и покровные ткани (не нужно удерживать тело и защищаться от испарения) (водоросли, ряска, кувшинка)
Способы терморегуляции у животных и растений
• Морфологические: волосяной покров сохраняет тепло, большие уши отдают тепло, опушение листьев рассеивает жаркие солнечные лучи, восковая кутикула защищает от испарения.
• Физиологические: сужение кожных сосудов и дрожь на холоде сохраняет тепло, потоотделение отдаёт тепло, открытие устьиц и активное испарение через них отдаёт тепло.
• Поведенческие: миграции, спячка, укрытия (норы).
• Биохимические: животные в более холодный период едят более энергетически ценную (калорийную) пищу.
Приспособления гусеобразных птиц к водному образу жизни:
• широкий клюв ⇒ обеспечивает вылавливание из воды пищи;
• плавательные перепонки на ногах ⇒ быстрое плавание;
• короткие ноги ⇒ способствуют быстрому движению по воде;
• водоотталкивающее свойство оперения за счет секрета копчиковой железы ⇒ препятствует намоканию тела;
• длинная шея ⇒ обеспечивает вылавливание из воды пищи;
• тело имеет форму плоскодонной лодки (центр тяжести смещен к заднему отделу тела) ⇒ увеличение плавучести.
Приспособления арктических растений к тундровым и болотным условиям
На верховых болотах, расположенных в северных широтах, обитают засухоустойчивые (например, багульник болотный) и насекомоядные (росянка круглолистная) растения. Причины этого:
1) в верховых болотах низкая температура и повышенная кислотность воды, что замедляет ее поступление в корни растений, поэтому растения засухоустойчивые;
2) недостаток в воде кислорода и бактерицидные вещества в ней (сфагнол) замедляют гниение органических веществ, что приводит к недостатку минеральных (азотистых) веществ; насекомоядные растения пополняют недостаток азота за счет питания насекомыми.
Особенности тенелюбивых растений
• листья содержат БОЛЬШЕ хлорофилла, имеют более тёмный цвет,
• хлоропласты БОЛЕЕ КРУПНЫЕ чем у светолюбивых растений,
• число листьев меньше, чем у светолюбивых (логика: зачем тратить энергию на создание множества листьев, если выгоднее растить несколько, но крупных),
• клетки эпидермиса выпуклые, напоминают линзы, собирающие и фокусирующие свет внутрь листа,
• столбчатая паренхима часто отсутствует,
• избыток солнечного света может СЖЕЧЬ такие растения: 99% выделяющейся в ходе фотосинтеза энергии является ТЕПЛОВОЙ, из-за чего при сильном освещении растения гибнут от перегрева.
Примеры: кислица, ландыш, копытень.
Выросты в жаберной полости рыб
Служат для УВЕЛИЧЕНИЯ площади поверхности ГАЗООБМЕНА. Это особенно пригодится рыбам в условиях теплого ТРОПИЧЕСКОГО климата, поскольку в условиях повышения температуры растворимость кислорода в воде СНИЖАЕТСЯ, и это надо компенсировать. Схожую адаптацию можно встретить у рыб в ЗАГРЯЗНЁННЫХ водоёмах: там тоже низкая концентрацией кислорода, что можно решить тем же способом - жаберными выростами.
Глаза хищников и травоядных
Глаза ХИЩНЫХ млекопитающих расположены во ФРОНТАЛЬНОЙ плоскости, спереди. Это обеспечивает бинокулярное зрение (видение обоими глазами) и помогает точно определить хищнику РАССТОЯНИЕ до жертвы. У ТРАВОЯДНЫХ млекопитающих глаза расположены ПО БОКАМ головы, что даёт им ШИРОКИЙ угол обзора примерно 330°. Для сравнения, у человека скромные 110-120°.
Флагообразная крона деревьев
Флагообразная крона имеет сходство с ФЛАГОМ в результате ОДНОСТОРОННЕГО развития кроны, формируется в местах, где постоянно дуют сильные ветры ОДНОГО направления. Дерево НЕ может разрастись в стороны, это связано с тем, что из-за постоянного воздушного потока почки с других сторон погибают от иссушения и холода, а побегам не хватает сил, чтобы сформировать полноценные ветви. Чтобы расти, дереву остается только выращивать крону в так называемые "ветровой тени" и укреплять корни с подветренной стороны для опоры, сам ствол также может изгибаться и принимать самые разные причудливые формы.
Густая сеть жилок у растений как адаптация к засушливым условиям
Жилки содержат не только проводящую ткань (ксилему, флоэму), но и механическую. Густая сеть жилок способствует более ЭФФЕКТИВНОМУ распределению воды по тканям растения. Но также крайне важно, что густая сеть жилок препятствует УВЯДАНИЮ растения, создавая механический каркас, который ПОДДЕРЖИВАЕТ растение даже в самые сложные моменты обезвоживания. При обезвоживании снижается ТУРГОР в клетках растений, растение начинает вянуть, поэтому в такие моменты ему особенно важна поддержка МЕХАНИЧЕСКОЙ ткани.