ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.09.2020
Просмотров: 285
Скачиваний: 4
Влага
Выделяют несколько экологических групп животных по отношению к влаге - гигрофилы, ксерофилы и мезофилы.
Гигрофилы - влаголюбивые виды (многие лесные, околоводные); ксерофилы - сухолюбивые виды (открытых пространств, главным образом пустынные); мезофилы - виды, занимающие промежуточное положение по отношению к влажности между гигро- и ксерофилами.
Регулирование водного баланса осуществляется поведенческими, морфологическими и физиологическими адаптациями.
К числу поведенческих приспособлений относятся: поиски водопоев, рытье нор и зарывание в грунт (почва, песок), выбор благоприятных местообитаний. К морфологическим адаптациям относятся особенности строения наружных покровов: ороговевшие покровы рептилий, раковины наземных моллюсков, эпикутикула у насекомых. Степень развития эпикутикулы зависит от режима влажности местообитаний насекомых и определяет их способность противостоять иссушению. Личинки, живущие в воде, почве, древесине и других влажных субстратах, как правило, полностью или частично лишены эпикутикулы. Возникновение ороговевшего эпидермиса у рептилий способствовало завоеванию ими суши. К физиологическим адаптациям относятся - образование метаболической воды, экономия воды при выделении продуктов метаболизма, выносливость к обезвоживанию, потоотделение и удаление воды со слизистых оболочек.
В условиях недостатка влаги большое значение у животных имеет использование метаболической воды, образующейся в результате окисления жиров и некоторых других веществ. При полном "сгорании" 1 г жира образуется 1,07 г воды. Жир откладывается у животных в специально предназначенных местах: у верблюда - в горбах; у тушканчиков, песчанок, мышиных лемуров - в основании хвоста; у варана в хвосте. Запасы жира иногда значительны (у верблюда - до 110-120 кг). Верблюд может прожить без воды 45 дней.
Экономия воды при выведении продуктов метаболизма достигается за счет всасывания как можно большего количества воды в пищеварительной и выделительной системах (в зависимости от условий среды). Испарение воды (потоотделение через потовые железы или через слизистую), связанное с терморегуляцией, также обеспечивает регулирование водного обмена, но может быть причиной истощения водных ресурсов организма. Выносливость к обезвоживанию, как правило, выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам. Для человека потеря воды, превышающая 10% массы тела, смертельна. Верблюды переносят потери воды до 27, овцы - до 23, собаки - до 17%.
Температура
По отношению к температуре живые организмы делятся на несколько экологических групп.
Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре клеток в их организме до -8-10oС. Криофилия характерна для различных наземных организмов: бактерий, грибов, лишайников, мхов, членистоногих и других организмов, обитающих в условиях низких температур: в Арктике и Антарктике, в тундре, высокогорьях.
Виды, которые имеют оптимум жизнедеятельности в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Термофилия характерна для многих групп микроорганизмов, нематод, личинок насекомых, клещей и других организмов, обитающих в аридных областях, в разлагающихся органических остатках и т.д.
Хорошо известна классификация организмов на гомойотермных и пойкилотермных . Гомойотермные - организмы, поддерживающие внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне, при изменении температуры окружающей среды. Пойкилотермные - организмы, у которых температура тела широко варьирует в зависимости от температуры среды.
Существует также деление организмов на эндотермов и эктотермов. Эктотермные - организмы, получающие свое тепло из окружающей среды. Эндотермные - организмы, производящие большую часть собственного тепла в результате протекающего в его теле окислительного метаболизма. Все растения и подавляющее большинство животных относятся к эктотермным организмам, а настоящие эндотермные организмы - только птицы и млекопитающие.
Существуют примеры, несколько нарушающие подобные классификации. Многие организмы, относимые к пойкилотермным, наделены определенной способностью к регулированию температуры тела. Например, насекомые (пчелы, шмели) перед полетом разогревают тело до 35-40oС благодаря незаметным мышечным сокращениям; у ночных бабочек перед полетом начинают дрожать крылья, что приводит к повышению температуры тела до 37-39oC. У акул и тунцов во время быстрого крейсерского плавания температура тела на 5-10oС выше, чем температура воды. В то же время некоторые птицы и млекопитающие, т.е. гомойотермные животные, при необычно низких температурах ослабляют или приостанавливают эндотермическую регуляцию температуры тела. Во время зимней спячки или оцепенения (в неблагоприятный период) у гомойотермных животных температура тела понижается. Этот особый случай гомойотермии получил название - гетеротермия, при которой животные могут значительно изменять интенсивность метаболизма и активность в зависимости от климатических условий. К гетеротермным животным относятся некоторые птицы - колибри, стрижи, и млекопитающие - сурки, суслики, ежи, летучие мыши и др.
В любом случае, эктотермные организмы, в отличие от эндотермных, более зависимы от температуры внешней среды. У эктотермов, для каждого отдельного вида, после холодового угнетения нормальный обмен веществ восстанавливается при определенной температуре, которая называется температурным порогом развития. Чем больше температура среды превышает пороговую, тем интенсивнее протекает развитие и, следовательно, тем скорее завершается прохождение отдельных стадий и всего жизненного цикла организма.
Устойчивость к температурным изменениям среды у наземных организмов очень различна и во многом зависит от того, в каком конкретном местообитании они существуют. Однако в целом наземные организмы значительно более эвритермны по сравнению с водными.
Температурный режим водоемов более стабилен, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-15oС, в континентальных водоемах - 30-35oС. Для глубоких слоев воды характерно постоянство температуры. Нижний предел температуры воды даже в сильно соленых частях океанов (полярные воды, глубоководные слои) не опускается ниже -2oC. В связи с более устойчивым температурным режимом воды среди гидробионтов (обитателей водной среды), по сравнению с обитателями суши, чаще встречается стенотермность. Эвритермные виды встречаются в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей. Понижение температуры воды вызывает у ряда пресноводных рыб спячку (карась, осетровые).
Живые организмы имеют различные адаптации к температурному режиму, отражающие уровень организации, характер местообитаний и образ жизни.
Растения, будучи неподвижными организмами, вынуждены существовать при тепловом режиме тех местообитаний, в которых они произрастают.
Растения умеренно холодного и умеренно теплого поясов эвритермны. Они переносят в активном состоянии колебания температур до 60oC. В латентном состоянии эта амплитуда может достигать 90oС и более. Растения дождевых тропических лесов стенотермны. Они не переносят ухудшения теплового режима и даже положительные температуры +5-+8oС для них губительны. Еще более стенотермны некоторые криофильные зеленые и диатомовые водоросли, а также цианобактерии, живущие на поверхности снегов высокогорий и арктических широт. Активная жизнь, в том числе размножение этих организмов, происходит при температуре, близкой к 0oC, когда поверхность снега оттаивает, чему способствует окраска водорослей (красная, зеленая, синяя, желтая, бурая), поглощающих солнечные лучи.
Растения отличаются очень слабыми возможностями регуляции собственной температуры. К ним относятся: биохимические, физиологические и некоторые морфологические перестройки. Тепло, образующееся в процессе метаболизма, быстро отдается растениями окружающей среде благодаря большой излучающей поверхности и трате на транспирацию. Основное значение в жизни растений имеет тепло, получаемое извне.
Температура растения вследствие нагревания солнечными лучами может быть выше температуры окружающего воздуха и почвы. У многих растений пустынь в полдень перегрев листьев достигает до 10-12oС по сравнению с окружающим воздухом. У подушковидного кактуса эта разница достигает 24oС.
Для высокогорных, тундровых и арктических растений характерна приземистость, подушковидные формы, прижатость листьев розеточных и полурозеточных побегов к субстрату, что является адаптациями к лучшему использованию тепла в условиях его недостатка.
К основным адаптациям растений против перегрева относятся - транспирация, охлаждающее тело; отражение и рассеивание лучей густым опушением или глянцевитой поверхностью листьев; положение листьев по отношению к полуденным лучам; мелкие размеры листьев, их слабая окраска; повышение термоустойчивости протоплазмы в результате закаливания.
В отличие от растений животные, обладающие мускулатурой, производят гораздо больше тепла. При сокращении мышц освобождается значительно больше тепловой энергии, чем при функционировании любых других органов и тканей. По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями регулировать температуру тела.
К основным способам температурных адаптаций у животных относятся:
химическая терморегуляция - активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры среды;
физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или рассеивать его избыток с помощью различных морфологических приспособлений (волосяной и перьевой покровы, распределение жировых запасов, строение кровеносной системы, испарение);
поведение животных - активное избегание крайних температур за счет перемещений в пространстве.
Способность к терморегуляции различна у гомойотермных и пойкилотермных животных. Последние отличаются более низким уровнем метаболизма и, следовательно, незначительной возможностью химической терморегуляции. Правда некоторые пойкилотермные животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет работы мышц. У некоторых видов змей температура тела выше температуры среды на 5-7oC, за счет спазматических сокращений мускулатуры, что приводит к усилению энергетического обмена и в конечном счете к разогреванию тела этих животных. Однако у пойкилотермных животных с прекращением двигательной активности тепло перестает вырабатываться и быстро рассеивается по причине несовершенства механизмов физической терморегуляции.
Основные способы регуляции температуры у пойкилотермных животных - поведенческие. К ним относятся: перемена позы, активный поиск благоприятных микроклиматических условий, смена мест обитания, различные формы поведения, направленные создание нужного микроклимата (рытье нор, сооружение гнезд и т.д.). Так, например, сложное поведение общественных насекомых, строящих гнезда, обеспечивает им надежную терморегуляцию в их жилищах в течение нескольких поколений. Рыжие лесные муравьи за счет мышечной активности и скопления в ранневесенний период при внешней температуре от 0 до 13oC поддерживают температуру в гнезде на уровне 26-30oC, что требуется для развития расплода. Когда температура в месте скопления муравьев превосходит оптимальный уровень они рассредотачиваются.
Выживать при низких температурах пойкилотермным животным помогают биологические антифризы, которые понижают точку замерзания плазмы крови. У насекомых, например, при низких температурах роль антифриза играет глицерин. Содержание глицерина в тканях насекомых меняется в зависимости от сезона: зимой его концентрация возрастает, а летом падает. Так у гусениц одной из галлообразующих бабочек в середине зимы концентрация глицерина в жидкостях организма достигает 40%, что составляет 19% всего веса тела; это позволяет им переохлаждаться до -38oC.
У гомойотермных животных очень высокая способность к химической терморегуляции. Они отличаются высокой интенсивностью метаболизма и выработкой большого количества тепла. Постоянная температура тела у теплокровных поддерживается в результате усиления продукции тепла при понижении температуры окружающей среды и увеличения теплоотдачи организма при увеличении внешней температуры.
Физическая терморегуляция экологически более выгодна, поскольку осуществляется не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного. Этот способ терморегуляции осуществляется при помощи рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи, противоточного теплообмена при кровоснабжении отдельных органов, теплоизолирующих покровов (волос, перьев), испарительной теплоотдачи. У животных холодного климата теплоизолирующие свойства также выполняет слой подкожного жира (жировая клетчатка).
В жизни некоторых теплокровных животных имеет большое значение спячка - состояние пониженной биологической активности в неблагоприятных условиях, в частности температурных. При этом температура тела животного снижается до уровня температуры окружающей среды. В этот период температура влияет на метаболизм гомойотермных животных таким же образом, как и на пойкилотермных.
Большое значение в теплорегуляции животных имеют размеры тела. Несмотря на то, что температура тела животных в принципе не зависит от их размеров, относительная теплопродукция у мелких животных выше. Это связано с тем, что с уменьшением размеров возрастает отношение поверхности тела к его объему, или массе (правило поверхности). Потери тепла происходят через поверхность, и для того чтобы не снизилась температура тела, животное должно производить тепло со скоростью, равной скорости его потери.
Для гомойотермных животных, также как и для пойкилотермных, важное значение имеют поведенческие способы регуляции теплообмена, которые очень разнообразны - изменение позы, поиск укрытий, сооружение нор и гнезд, миграции и др.
Свет
Среди животных различают светолюбивые виды, или фотофилы, и тенелюбивые виды, или фотофобы; а также эврифотные, выносящие широкий диапазон освещенности, и стенофотные, переносящие узкоограниченные условия освещенности.
Свет для животных, в первую очередь, необходимое условие зрительной ориентации в пространстве. Рассеянные, отраженные от предметов лучи, воспринимаемые органами зрения животных, дают им значительную часть информации о внешнем мире. Человек получает более 90% информации о внешнем мире через зрительный анализатор.
В процессе эволюции происходило постепенное усложнение зрительных аналиаторов. Наиболее совершенные органы зрения - глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние.