Абіотичні фактори

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Абіотичні фактори середовища - це компоненти та явища неживої, неорганічної природи, прямо або побічно впливають на живі організми. Природно, що ці фактори діють одночасно і означає, що всі живі організми потрапляють під їхній вплив. Ступінь присутності або відсутності кожного з них істотно відбивається на життєздатності організмів, причому на різні їх види неоднаково. Треба відзначити, що це дуже сильно впливає на всю екосистему в цілому, на її стійкість.

Фактори середовища як окремо, так і в комплексі при впливі на живі організми змушують їх змінюватися, адаптуватися до цих чинників. Ця здатність носить назву екологічної валентності або пластичності. Пластичність, або екологічна валентність, кожного виду різна і по-різному позначається на здатності живих організмів виживати в умовах мінливих чинників середовища. Якщо до біотичних факторів організми не тільки пристосовуються, але й можуть на них впливати, змінюючи інші живі організми, то з абіотичних факторів середовища це неможливо: організм може до них пристосуватися, але не в змозі надати на них скільки-небудь значиме зворотний вплив. абіотичний світло температура вода

абіотичних факторів середовища називаються умови, безпосередньо не пов'язані з життєдіяльністю організмів. До числа найбільш важливих абіотичних факторів можна віднести температуру, світло, воду, склад атмосферних газів, структуру грунту, склад біогенних елементів в ній, рельєф місцевості тощо Ці фактори можуть впливати на організми як безпосередньо, наприклад світло або тепло, так і побічно, наприклад рельєф місцевості, що обумовлює дію прямих факторів, світла, вітру, вологи та ін. Зовсім недавно було відкрито вплив змін сонячної активності на біосферні процеси.

Основні абіотичні фактори та їх характеристика

Серед абіотичних факторів виділяють:

. Кліматичні (вплив температури, світла і вологості);

. Геологічні (землетрус, виверження вулканів, рух льодовиків, сходження селів і лавин та ін.);

. Орографічні (особливості рельєфу місцевості, де мешкають досліджувані організми).

Розглянемо дію основних прямодіючими абіотичних факторів: світла, температури і наявності води. Температура, світло і вологість є найбільш важливими факторами зовнішнього середовища. Ці фактори закономірно змінюються як протягом року і доби, так і у зв'язку з географічної зональністю. До цих факторів організми виявляють зональний і сезонний характер пристосування.

Світло як екологічний фактор

Сонячне випромінювання є основним джерелом енергії для всіх процесів, що відбуваються на Землі. У спектрі сонячного випромінювання можна виділити три області, різні по біологічній дії: ультрафіолетову, видиму і інфрачервону. Ультрафіолетові промені з довжиною хвилі менше 0,290 мкм згубні для живого, але вони затримуються озоновим шаром атмосфери. До поверхні Землі доходить лише невелика частина довших ультрафіолетових променів (0,300 - 0,400 мкм). Вони становлять близько 10% променистої енергії. Ці промені володіють високою хімічною активністю - при великій дозі можуть пошкоджувати живі організми. У невеликих кількостях, однак, вони необхідні, наприклад, людині: під впливом цих променів в організмі людини утворюється вітамін Д, а комахи зорово розрізняють ці промені, тобто бачать в ультрафіолетовому світлі. Вони можуть орієнтуватися по поляризованому світла.

Видимі промені з довжиною хвилі від 0,400 до 0,750 мкм (на їх частку припадає більша частина енергії - 45% - сонячного випромінювання), що досягають поверхні Землі, мають особливо велике значення для організмів. Зелені рослини за рахунок цього випромінювання синтезують органічну речовину (здійснюють фотосинтез), яке використовують у їжу всі інші організми. Для більшості рослин і тварин видиме світло є одним з важливих факторів середовища, хоча є й такі, для яких світло не є обов'язковою умовою існування (грунтові, печерні і глибоководні види пристосування до життя в темряві). Більшість тварин здатні розрізняти спектральний склад світла - володіти колірним зором, а у рослин квітки мають яскраве забарвлення для залучення комах-запилювачів.

Інфрачервоні промені з довжиною хвилі більш 0,750 мкм очей людини не сприймає, але вони є джерелом теплової енергії (45% променистої енергії). Ці промені поглинаються тканинами тварин і рослин, внаслідок чого тканини нагріваються. Багато холоднокровні тварини (ящірки, змії, комахи) використовують сонячне світло для підвищення температури тіла (деякі змії та ящірки є екологічно теплокровними тваринами). Світлові умови, пов'язані з обертанням Землі, мають виразну добову і сезонну періодичність. Майже всі фізіологічні процеси у рослин і тварин мають добовий ритм з максимумом і мінімумом в певні години: наприклад, в певні години доби квітка у рослин відкривається і закривається, а у тварин виникли пристосування до нічний і денний життя. Довжина дня (або фотопериод), має величезне значення в житті рослин і тварин.

Рослини, в залежності від умов проживання, адаптуються до тіні - тіньовитривалі рослини або, навпаки, до сонця - світлолюбні рослини (наприклад, хлібні злаки). Однак сильне яскраве сонце (яскравість вище оптимальної) пригнічує фотосинтез, тому в тропіках важко отримати високий врожай культур, багатий білком. У помірних зонах (вище і нижче екватора) цикл розвитку рослин і тварин приурочений до сезонами року: підготовка до зміни температурних умов здійснюється на основі сигналу - зміни довжини дня, яка в певний час року в даному місці завжди однакова. У результаті цього сигналу включаються фізіологічні процеси, що призводять до росту, цвітінню рослин навесні, плодоношення влітку і скидання листя восени; у тварин - до линяння, накопиченню жиру, міграції, розмноження у птахів і ссавців, настанню стадії спокою у комах. Зміна довжини дня тварини сприймають за допомогою органів зору. А рослини - за допомогою спеціальних пігментів, розташованих в листі рослин. Подразнення сприймаються за допомогою рецепторів, внаслідок чого відбувається ряд біохімічних реакцій (активація ферментів або виділення гормонів), а потім проявляються фізіологічні або поведінкові реакції.

Вивчення фотопериодизма рослин і тварин показало, що реакція організмів на світло заснована не просто на кількості одержуваного світла, а на чергуванні протягом доби періодів світла і темряви певної тривалості. Організми здатні вимірювати час, тобто мають біологічними годинами - від одноклітинних до людини. Біологічний годинник - також управляються сезонними циклами та іншими біологічними явищами. Біологічний годинник визначають добовий ритм активності як цілих організмів, так і процесів, що відбуваються навіть на рівні клітин, зокрема клітинних поділів.

Температура як екологічний фактор

Всі хімічні процеси, що протікають в організмі, залежать від температури. Зміни теплових умов, часто спостерігаються в природі, глибоко відбиваються на зростанні, розвитку та інших проявах життєдіяльності тварин і рослин. Розрізняють організми з непостійною температурою тіла - пойкілотермні і організми з постійною температурою тіла - гомойтермних. Пойкілотермні тварини цілком залежать від температури навколишнього середовища, тоді як гомойтермних здатні підтримувати постійну температуру тіла незалежно від змін температури навколишнього середовища. Переважна більшість наземних рослин і тварин у стані активної життєдіяльності не переносить негативної температури і гине. Верхній температурний межа життя неоднаковий для різних видів - рідко вище 40-45 о С. Деякі ціанобактерії і бактерії живуть при температурах 70-90 о С, в гарячих джерелах можуть жити і деякі молюски (до 53 о С). Для більшості наземних тварин і рослин оптимум температурних умов коливається в досить вузьких межах (15-30 о С). Верхній поріг температури життя визначається температурою згортання білків, оскільки необоротне згортання білків (порушення структури білків) виникає при температурі близько 60 o С.

пойкілотермним організми в процесі еволюції виробили різні пристосування до мінливих температурних умов середовища. Головним джерелом надходження теплової енергії у пойкілотермних тварин - зовнішнє тепло. У пойкілотермних організмів виробилися різні пристосування до низької температури. Деякі тварини, наприклад, арктичні риби, що живуть постійно при температурі - 1,8 o С, містять в тканинної рідини речовини (глікопротеїди), що перешкоджають утворенню кристалів льоду в організмі; у комах накопичується для цих цілей гліцерин. Інші тварини, навпаки, збільшують теплопродукцию організму за рахунок активного скорочення мускулатури - так вони підвищують температуру тіла на кілька градусів. Треті регулюють свій теплообмін за рахунок обміну тепла між судинами кровоносної системи: судини, що виходять з м'язів, тісно стикаються з судинами, що йдуть від шкіри і несучими охолоджену кров (таке явище властиве холодноводних рибам). Адаптивна поведінка проявляється в тому, що багато комахи, рептилії і амфібії вибирають місця на сонці для обігріву або змінюють різні пози для збільшення поверхні обігріву.

У ряду холоднокровних тварин температура тіла може змінюватися в залежності від фізіологічного стану: наприклад, у літаючих комах внутрішня температура тіла може підніматися на 10-12 o С і більше внаслідок посиленої роботи м'язів. У громадських комах, особливо у бджіл, розвинувся ефективний спосіб підтримки температури шляхом колективної терморегуляції (увулику може підтримуватися температура 34-35 o С, необхідна для розвитку личинок).

пойкілотермним тварини здатні пристосовуватися і до високих температур. Це відбувається також різними способами: тепловіддача може відбуватися за рахунок випаровування вологи з поверхні тіла або зі слизової верхніх дихальних шляхів, а також за рахунок підшкірної судинної регуляції (наприклад, у ящірок швидкість течії крові по судинах шкіри збільшується при підвищенні температури).

Найбільш досконала терморегуляція спостерігається у птахів і ссавців - гомойтермних тварин. У процесі еволюції вони набули здатність підтримувати постійну температуру тіла завдяки наявності чотирьохкамерного серця і однієї дуги аорти, що забезпечило повне розділення артеріального і венозного кровотоку; високого обміну речовин; пір'яного або волосяного покриву; регуляції тепловіддачі; добре розвиненою нервової системи придбали здатність до активного життя при різній температурі. У більшості птахів температура тіла трохи вище 40 o С, а у ссавців - трохи нижче. Дуже важливе значення для тварин має не тільки здатність до терморегуляції, але і адаптивне поведінка, споруда спеціальних притулків і гнізд, вибір місця з більш сприятливою температурою і т.п. Вони також здатні пристосовуватися до низьких температур кількома шляхами: крім пір'яного або волосяного покриву, теплокровні тварини за допомогою тремтіння (мікросокращенія зовні нерухомих м'язів) зменшують тепловтрати; при окисленні бурої жирової тканини у ссавців утворюється додаткова енергія, підтримуюча обмін речовин.

Пристосування теплокровних до високих температур в чому схоже з аналогічними пристосуваннями холоднокровних - потовиділення і випаровування води зі слизової рота і верхніх дихальних шляхів, у птахів - тільки останній спосіб, так як у них немає потових залоз; розширення кровоносних судин, розташованих близько до поверхні шкіри, що підсилює тепловіддачу (у птахів цей процес протікає в безпері ділянках тіла, наприклад через гребінь). Температура, як і світловий режим, від якого вона залежить, закономірно змінюється протягом року і у зв'язку з географічною широтою. Тому всі пристосування більш важливі для мешкання при негативних температурах.

Вода як екологічний фактор

Вода відіграє виняткову роль у житті будь-якого організму, оскільки вона є структурним компонентом клітини (на частку води припадає 60-80% маси клітини). Значення води в житті клітини визначається її фізико-хімічними властивостями. Внаслідок полярності молекула води здатна притягатися до будь-яким іншим молекулам, утворюючи гідрати, тобто є розчинником. Багато хімічних реакцій можуть протікати відбуватися тільки в присутності води. Вода є в живих системах тепловим буфером, поглинаючи тепло при переході з рідкого стану в газоподібний, тим самим оберігаючи нестійкі структури клітини від ушкодження при короткочасному звільнення теплової енергії. У зв'язку з цим вона виробляє охолоджуючий ефект при випаровуванні з поверхні і регулює температуру тіла. Теплопровідні властивості води визначають її провідну роль терморегулятора клімату в природі. Вода повільно нагрівається і повільно охолоджується: влітку і вдень вода морів океанів і озер нагрівається, а вночі і взимку також повільно охолоджується. Між водою і повітрям відбувається постійний обмін вуглекислим газом. Крім того, вода виконує транспортну функцію, переміщаючи речовини грунту зверху вниз і назад. Роль вологості для наземних організмів обумовлена ??тим, що опади розподіляються на земній поверхні протягом року нерівномірно. У посушливих районах (степи, пустелі) рослини добувають собі воду за допомогою сильно розвиненої кореневої системи, іноді дуже довгих коренів (у верблюжої колючки - до 16 м), що досягають вологого шару. Висока осмотичний тиск клітинного соку (до 60-80 атм), що збільшує ссуть силу коренів, сприяє утриманню води в тканинах. У суху погоду рослини знижують випаровування води: у пустельних рослин товщають покривні тканини листа, або на поверхні листя розвивається воскової шар або густе опушення. Ряд рослин досягає зниження вологи зменшенням листової пластинки (листя перетворюються на колючки, часто рослини повністю втрачають листя - саксаул, тамариск та ін.).

В залежності від вимог, що пред'являються до водного режиму, серед рослин розрізняють такі екологічні групи:

Гідратофіти - рослини постійно живуть у воді;

Гідрофіти - рослини лише частково занурюються в воду;

гелофіти - болотні рослини;

Гігрофіти - наземні рослини, що живуть в надмірно зволожених місцях;

Мезофіти - воліють помірне зволоження;

Ксерофіти - рослини, пристосовані до постійному нестачі вологи; серед ксерофитов розрізняють:

> Сукуленти - накопичують воду в тканинах свого тіла (соковиті);

Склерофіти - втрачають значну кількість води.

Багато тварин пустель здатні обходитися без питної води; деякі швидко і довго можуть бігати, здійснюючи довгі міграції на водопій (сайгаки, антилопи, верблюди та ін.); частина тварин добуває воду з їжі (комахи, плазуни, гризуни). Жирові відкладення пустельних тварин можуть служити своєрідним резервом води в організмі: при окисленні жирів утворюється вода (відкладення жиру в горбі верблюдів або підшкірні відкладення жиру у гризунів). Малопроникні покриви шкіри (наприклад, у плазунів) захищають тварин від втрати вологи. Багато тварин перейшли до нічного способу життя або ховаються в норах, уникаючи иссушающего дії низької вологості і перегріву. В умовах періодичної сухості ряд рослин і тварин переходять у стан фізіологічного спокою - рослини припиняють зростання і скидають листя, тварини впадають в сплячку. Ці процеси супроводжуються зниженим обміном речовин в період сухості.

Размещено на Allbest.ru