ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВЛАЖНОСТЬ И СВЕТ Лекция

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВЛАЖНОСТЬ И СВЕТ Лекция 5

n Вода является важнейшей составной частью живой материи. В протоплазме животных, находящихся в состоянии активной жизни, содержится обычно от 70 до 90% воды; у личинки жука Tenebrio molitor ее содержание доходит только до 50%, а у некоторых медуз поднимается до 98%. 2

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ПОТРЕБНОСТЕЙ В ВОДЕ Все живые организмы делятся на различные экологические группы сообразно их потребностям в воде, а, следовательно, и распределению по различным местообитаниям. Среди них различают следующие группы: 3

Организмы водные, или гидрофильные: живут постоянно в воде. 2. Организмы гигрофильные: могут жить только в очень влажных местообитаниях с воздухом, насыщенным влагой или близким к насыщению. К этой группе относятся большинство взрослых особей амфибий, многие наземные брюхоногие моллюски, дождевые черви и многие другие представители почвенной фауны, а также животные пещер. 1. 4

Организмы мезофильные: отличаются умеренной потребностью в воде или во влажности атмосферы и могут переносить смену сухого и влажного сезонов. Сюда относится огромное большинство животных умеренного пояса и большинство культурных растений. 4. Виды ксерофильные: живут в сухих местообитаниях с недостатком воды, как в воздухе, так и в почве. Ими населены пустыни и прибрежные дюны. Среди животных эта группа представлена многочисленными насекомыми и млекопитающими, среди растений — кактусами и лишайниками. В этой группе наблюдается особенная адаптация к сухости. Например, улитка Helix desertorum может оставаться жизнеспособной более четырех лет, впадая в летнюю спячку, когда становится слишком сухо. 3. 5

ВОДНЫЙ БАЛАНС ОРГАНИЗМОВ n Источник получения воды. Животные могут получать воду разными путями. Поступление воды через кишечный тракт у видов, которые пьют воду. 2. Использование воды, содержащейся в пище. Многие животные пустынных районов никогда не пьют, и пища является для них единственным источником воды. 1. 6

3. Проникновение воды через кожный покров у амфибий. Считают, что у лягушки Rana pipiens при 20° ежедневно количество воды, поглощенной кожей и затем выделенной с мочой, составляет 31% от общего содержания воды в организме. 4. Использование метаболической воды, образующейся при окислении жиров. Этот способ получения воды свойствен одногорбому верблюду, некоторым грызунам и различным насекомым, живущим в очень сухих условиях. 7

Потери воды n транспирация и испарение через кожный покров, n дыхание, n выделение мочи и экскрементов. 8

МЕХАНИЗМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ n уменьшение потери воды, n использование метаболической воды, n экологические и этологические адаптации 9

Уменьшение потери воды n Водонепроницаемость покровов. Эта особенность совершенно необходима животным, населяющим сухие местообитания. Она одинаково свойственна млекопитающим, птицам и рептилиям. Ее можно обнаружить также у насекомых, среди которых очень много видов приспособлено к жизни в пустыне 10

n Наличие внутренних дыхательных органов. У наземных животных жабры исчезают, а потеря воды через дыхательный аппарат еще более уменьшается благодаря таким разнообразным образованиям, как трахеи насекомых, многоножек и паукообразных, «легкое» легочных брюхоногих моллюсков, настоящие легкие наземных позвоночных 11

n Уменьшение потери воды с выделениями. Одним из способов экономии воды, используемых многими животными, является выделение все более концентрированной мочи. n Использование метаболической воды. Этот способ получения воды свойствен насекомым, употребляющим пищу, целиком или почти целиком лишенную воды. 12

Экологические и этологические адаптации Жизнь в норах с почти постоянной и относительно повышенной влажностью. n Ночной образ жизни, например грызуны, которые выходят из нор только ночью, и многие насекомые прибрежных дюн и пустынь, скрывающиеся днем в почве у стеблей растений. n Передвижения и миграции животных также относятся к числу средств, позволяющих избегать слишком сухих пространств. n 13

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ НА ЖИВОТНЫХ Влияние на продолжительность жизни и скорость развития. Можно выделить две группы животных. n Одни из них «экономят» воду. Таковы газель и различные жуки-чернотелки засушливых районов, продолжительность жизни которых существенно не изменяется, когда их заставляют голодать и держат в условиях различной относительной влажности. 14

у которых, подобно квакше Hyla arborea, в тех же условиях продолжительность жизни возрастает по мере увеличения относительной влажности, можно считать расточителями воды: когда влажность низка, они быстро погибают. n Других, 15

n Влияние на плодовитость. n Влияние на поведение. n Влияние на географическое распространение и выбор местообитаний. n Влияние на плотность популяций. 16

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ n Температура и влажность как главные экологические факторы в своем воздействии на организмы часто интерферируют друг с другом. Существуют условия оптимумов температуры и влажности, при которых наблюдается самая низкая смертность, наибольшая продолжительность жизни и плодовитость, наибольшая скорость развития и т. д. 17

Совместное влияние температуры и влажности на хлопкового долгоносика 18

ДЕЙСТВИЕ СВЕТА n Свет является одним из основных экологических факторов. Мончадский относит его к разряду первичных периодических факторов. Он участвует во многих физиологических явлениях. Из них самым важным является фотосинтез, интенсивность которого в большой степени сказывается на продуктивности экосистем. 19

Действующими компонентами света оказываются его: n n n интенсивность, длина волны, степень поляризации, направленность, продолжительность. Его главная экологическая роль состоит в осуществлении биологических ритмов разной продолжительности — суточных, лунных и сезонных. 20

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ n Можно различать три категории биологических ритмов, вызываемых светом. n Сезонные биологические ритмы, определяемые фотопериодом. Эти ритмы относятся к двум типам. 21

Одни направлены на синхронизацию циклов индивидуального развития с соответствующими сезонами и обеспечивают совпадение периода размножения с благоприятным сезоном; 2. Другие вызывают диапаузу в неблагоприятное для активной жизни время года. 1. 22

Ритмы размножения позвоночных. Американская форель нерестится обычно осенью. Когда весной искусственно удлиняли продолжительность дня, а летом его укорачивали, чтобы воспроизвести условия освещенности осенью, размножение происходило летом. У птиц умеренного климата, созревание гонад происходит тогда, когда увеличивается продолжительность дня. 23

Постепенный сдвиг сезона размножения воробья по мере перехода из северного полушария в южное. 24

Диапауза у членистоногих Фотопериод—это главный фактор, вызывающий диапаузу. Он является тем стимулом, который позволяет животному войти в состояние покоя до наступления неблагоприятного сезона. n Важное значение имеет температура. Высокие температуры прерывают диапаузу, а низкие способствуют ее возникновению. Однако это влияние температуры возможно только в пределах соответствующего фотопериода, так как продолжительность дня остается доминирующим фактором n 25

n Циркадные ритмы. Ритмы, период которых равен или близок к 24 часам, называют циркадными. Они поддерживаются внутренним малоизученным механизмом, именуемым «биологическими часами» . В «настройке» этих часов принимают участие различные экологические факторы, и, в частности, температура и свет. Когда животные подвергаются постоянному действию света или все время пребывают в темноте, циркадные ритмы сохраняются в течение нескольких суток. 26

n Летучие мыши покидают свои убежища в сумерки и сохраняют ритм своей активности даже в том случае, если их держат в лаборатории в условиях полной темноты или при световом режиме, отличном от ритма смены дня и ночи. У многих видов продолжительность суточной активности изменяется по временам года. 27

Gonyaulax polyedra 28

n Морская водоросль из перидиний (Gonyaulax polyedra), обладает способностью к фотосинтезу и люминесценции. У этого организма были обнаружены три циркадных ритма — для фотосинтеза, люминесценции и клеточного деления. Пики этих трех типов активности с правильной периодичностью следуют друг за другом, будучи разделены несколькими часами; максимальная интенсивность фотосинтеза приходится на дневное время, максимум двух других процессов — на ночь. 29

n Хорошими примерами суточного ритма служат планктонные организмы, которые ночью держатся на поверхности, а днем в силу своей чувствительности к свету перемещаются в глубинные слои воды. В некоторых случаях эти вертикальные перемещения могут превышать 100 метров. 30

Суточные миграции зоопланктона 31

Лунные ритмы хорошо известны у очень многих морских животных. n На островах Полинезии полихета палоло появляется на поверхности в первой четверти лунных месяцев в октябре и ноябре в таком количестве, что морскую воду можно сравнить с супом из вермишели. Местные жители вылавливают ее в огромных количествах. n 32

Палоло (Eunice viridis) 33

34

n На песчаных пляжах Калифорнии рыба Leuresthes tenuis мечет искру через 3— 4 дня после апрельских и июньских приливов 35

q. Со следующим приливом рыба возвращаются в море n При следующем высоком приливе из икры выходит молодь и скатывается в океан 36

ДЕЙСТВИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА 37

n Экологическое значение высокой интенсивности света, особенно синих и ультрафиолетовых частей спектра, очень велико. n Сильное действие ультрафиолетовых лучей снижает уровень потребления кислорода водными организмами. 38

n Окраска насекомых, живущих в горах, с увеличением высоты становится все более темной, поскольку пигмент защищает организм от действия УФ лучей и поглощает другие лучи, обеспечивая повышение температуры тела насекомых 39

n Появление и начало активности некоторых насекомых связано с интенсивностью освещенности. Время вылета майского жука всецело зависит от времени захода солнца, и в период с апреля по июнь вылет с каждым днем наступает все позже. 40

Майский жук 41

n Растения можно разделить на теневыносливые и светолюбивые n Первые встречаются в подлеске или, в расщелинах скал (папоротники, мхи); n Вторые свойственны открытым формациям— (все культурные растения в том числе). 42

n Интенсивность света влияет на интенсивность фотосинтеза и может быть лимитирующим фактором. 43

Действие длины волны Коротковолновые УФ лучи (особенно менее 3, 650 Å) играют особую роль: n они обладают сильным бактерицидным действием. n Их участие обязательно также для образования витамина D путем облучения стеринов. В морской среде планктон, облученный на поверхности, аккумулирует витамин D, который через посредство пищевых цепей передается затем рыбам. n 44