В каких сочетаниях используется термин среда в чем отличие этих сочетаний

В каких сочетаниях используется термин среда в чем отличие этих сочетаний

Ii.3. среды жизни и адаптации к ним организмов

Наряду с понятиями «среда», «местообитание», «природная среда», «окружающая среда» широко используется термин «среда жизни». Все разнообразие условий на Земле объединяют в четыре среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (в последнем случае одни организмы являются средой для других).

Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу факторов, которые никогда не бывают в недостатке. Эти факторы являются средообразующими и обусловливают свойства сред. Рассмотрим кратко присущие названным средам жизни свойства, лимитирующие факторы и адаптации организмов.

Активно передвигающиеся организмы (пловцы) адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие структур, уменьшающих трение (слизь, чешуя). В целом же высокая плотность воды имеет следствием уменьшение доли скелета в общей массе тела гидробионтов по сравнению с наземными организмами.

В условиях недостатка света или его отсутствия организмы для ориентации используют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук по типу эхолокации. Для ориентации используются также запаховые явления (в воде запахи ощущаются намного лучше, чем в воздухе). В глубинах вод многие организмы обладают свойством самосвечения (биолюминесценции).

Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет растений меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.

Воздействие человека на водную среду проявляется в уменьшении прозрачности, изменении химического состава (загрязнении) и температуры (тепловое загрязнение). Следствием этих и других воздействий является обеднение кислородом, снижение продуктивности, смены видового состава и другие отклонения от нормы. Подробнее эти вопросы рассматриваются в ч. II работы (разд.VII, VII.5).

Наземно-воздушная среда. Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100°С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.

Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами.

Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшения теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы, а следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана. Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых (правило Аллена).

Растения избегают обезвоживания либо посредством запасания воды в теле и защиты ее от испарения (суккуленты), либо через увеличение доли подземных органов (корневых систем) в общем объеме тела. Уменьшению испарения способствуют также различного рода покровы (волоски, плотная кутикула, восковой налет и др.). При избытке воды механизмы ее экономии слабо выражены. Наоборот, некоторые растения способны выделять избыточную воду через листья, в капельно-жидком виде («плач растений»).

Воздействия человека на наземно-воздушную среду и ее обитателей многообразны. Они рассматриваются во второй части работы.

Почвенная среда. Эта среда имеет свойства, сближающие ее с водной и наземно-воздушной средами.

Есть основание рассматривать почву как среду, которая играла промежуточную роль при выходе организмов из воды на сушу (М. С. Гиляров). Кроме перечисленных выше свойств, сближающих эти среды, в почве организмы находили защиту от жесткого космического излучения (при отсутствии озонового экрана).

В качестве лимитирующих факторов в почве чаще всего выступает недостаток тепла (особенно при вечной мерзлоте), а также недостаток (засушливые условия) или избыток (болота) влаги. Реже лимитирующими бывают недостаток кислорода или избыток угае-кислоты.

Жизнь многих почвенных организмов тесно связана с порами и их размером. Одни организмы в порах свободно передвигаются. Другие (более крупные организмы) при передвижении в порах изменяют форму тела по принципу перетекания, например дождевой червь, или уплотняют стенки пор. Третьи могут передвигаться только разрыхляя почву или выбрасывая на поверхность образующий ее материал (землерои). Из-за отсутствия света многие почвенные организмы лишены органов зрения. Ориентация осуществляется с помощью обоняния или других рецепторов.

Воздействия человека проявляются в разрушении почв (эрозии), загрязнении, изменении химических и физических свойств. Эти вопросы рассматриваются в ч. II работы (ra.VIII).

Человек может как увеличивать, так и уменьшать численность паразитов, воздействуя как на среду для организмов-хозяинов, так и непосредственно на последних. Используются различные методы прямого уничтожения или ограничения численности паразитов.

1. В каких сочетаниях используется термин «среда»? В чем отличие этих сочетаний?

2. Что понимается под экологическим фактором? Приведите классификации факторов по двум известным Вам принципам. Какие факторы являются наиболее трудными для адаптации к ним организмов?

3. Перечислите общие закономерности действия факторов среды на организмы. Раскройте их сущность и значение.

4. Перечислите среды жизни и наиболее типичные их свойства. Назовите присущие отдельным средам жизни лимитирующие факторы, адаптации организмов.

Содержание

Читать: Аннотация
Читать: Слово к читателю! (вместо предисловия)
Читать: Введение
Читать: I. основные понятия (термины) экологии. ее системность
Читать: I.1. основные понятия
Читать: I.2. структура общей экологии
Читать: Ii. среда обитания. факторы среды и адаптации к ним организмов. среды жизни
Читать: Ii.1. среда и факторы среды, их классификация
Читать: Ii.2. некоторые общие закономерности действия факторов среды на организмы
Читать: Ii.3. среды жизни и адаптации к ним организмов
Читать: Iii. биосфера
Читать: Iii.1. биосфера как глобальная экосистема
Читать: Iii.2. живое вещество, его средообразующие свойства и функции в биосфере
Читать: Iii.3. основные свойства биосферы
Читать: Iv. экосистемный уровень жизни
Читать: Iv. 1. организация (структура) экосистем
Читать: Iv.2. связи организмов в экосистемах
Читать: Iv.3. экологическая ниша
Читать: Iv.4. энергетика экосистем
Читать: Iv.5. продуктивность и биомасса экосистем
Читать: Iv.6. экологические пирамиды
Читать: Iv.7. динамика и развитие экосистем. сукцессии
Читать: Iv.8. стабильность и устойчивость экосистем
Читать: Iv.9. агроценозы и естественные экосистемы
Читать: V. популяционный уровень жизни
Читать: V.1. структура популяций
Читать: V.2. динамика популяций. гомеостаз
Читать: Рекомендуемая литература

Источник

2 страница. 1. В каких сочетаниях используется термин «среда»?

Вопросы и задания

1. В каких сочетаниях используется термин «среда»? В чем от­личие этих сочетаний?

2. Что понимается под экологическим фактором? Приведите классификации факторов по двум известным Вам принципам. Ка­кие факторы являются наиболее трудными для адаптации к ним организмов?

3. Перечислите общие закономерности действия факторов сре­ды на организмы. Раскройте их сущность и значение.

4. Перечислите среды жизни и наиболее типичные их свойства. Назовите присущие отдельным средам жизни лимитирующие фак­торы, адаптации организмов.

III.1. Биосфера как глобальная экосистема

Рассмотрение основополагающих вопросов общей экологии целе­сообразно начать со знакомства с биосферой как глобальной экосис­темой и закономерностями ее функционирования. В таком случае разделы экологии более низкого ранга (популяционный, экосистемный) будут в определенной мере подчинены углубленному раскры­тию закономерностей существования биосферы и допустимых пре­делов вмешательства в нее или ее звенья человека. Другими слова­ми, на уровне экосистем элементарного плана должен осуществляться в основном принцип локальных действий, в то время как био­сферный уровень формирует базу для глобального мышления.

Понятие «биосфера». Термин «биосфера» в научную литера­туру введен в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидро­сферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) использовал этот тер­мин и создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «био­сфера», по Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой и газообразной) живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимичес­кой силы. При этом в понятие биосферы включается преобразую­щая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случае под био­сферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедея­тельности. В. И. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, все­сторонне раскрыл роль живых организмов в процессах пла­нетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

Учение В. И. Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологи­ческие процессы, причины явлений, их эволюцию. До трудов В. И. Вернадского эти процессы прежде всего связывались с дей­ствием физико-химических сил, объединяемых термином «вывет­ривание». В. И. Вернадский показал первостепенную преобразую­щую роль живых организмов и обусловливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота ве­ществ, изменения твердой (литосферы), водной (гидросферы) и воз­душной (атмосферы) оболочек Земли.

Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в насто­ящее время, обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или белым биосферам. В качестве примеров последних можно назвать безжизненные скопления органических веществ (залежи каменных углей, нефти, горючих сланцев и т. п.) или запасы других соединений, образовавшихся при участии живых организмов (из­весть, мел, соединения кремния, рудные образования и т. п.).

Границы палеобиосферы в атмосфере примерно совпадают с необиосферой, под водами к палеобиосфере следует отнести и оса­дочные породы, которые, по В. И. Вернадскому, практически все претерпели переработку живыми организмами. Это толща от со­тен метров до десятков километров. Сказанное относительно оса­дочных пород применимо и к литосфере, пережившей водную ста­дию функционирования.

Таким образом, границы биосферы определяются наличием жи­вых организмов или «следами» их жизнедеятельности. В пределах современной, как и былых биосфер, насыщенность жизнью между тем далеко не равномерна. На границах биосферы встречаются лишь случайно занесенные организмы («поле устойчивости жиз­ни», по В. И. Вернадскому). В пределах основной части биосферы организмы присутствуют постоянно («поле существования жизни»), но распределены далеко не равномерно. Очаги повышенной и мак­симальной концентрации жизни В. И. Вернадский называл пленка­ми и сгущениями жизни. Эти наиболее продуктивные экосистемы являются своего рода каркасом биосферы и требуют повышенно­го внимания человека. Подробнее о пленках и сгущениях жизни см. разд. IV.5 (ч.1).

III.2. Живое вещество, его средообразующие свойства и функции в биосфере

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И. Вер­надским. Под ним он понимал совокупность всех живых организ­мов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Вещества неживой природы относятся к косным (например, ми­нералы). В природе, кроме этого, довольно широко представлены био­косные вещества, образование и сложение которых обусловливает­ся живыми и косными составляющими (например, почвы, воды).

Прежде всего это связано с тем, что живые организмы, благо­даря биологическим катализаторам (ферментам), совершают, по выражению академика Л. С. Берга, с физико-химической точки зре­ния что-то невероятное. Например, они способны фиксировать в своем теле молекулярный азот атмосферы при обычных для при­родной среды значениях температуры и давления. В промышлен­ных условиях связывание атмосферного азота до аммиака требует температуры порядка 500°С и давления 300-500 атмосфер.

В живых организмах на порядок или несколько порядков увели­чиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В. И. Вернадский в связи с этим живое вещество назвал чрезвы­чайно активизированной материей.

Свойства живого вещества. К основным уникальным особен­ностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие:

1. Способность быстро занимать (осваивать) все свобод­ное пространство. В. И. Вернадский назвал это всюдностью жиз­ни. Данное свойство дало основание В. И. Вернадскому сделать вывод, что для определенных геологических периодов количество живого вещества было примерно постоянным (константой). Спо­собность быстрого освоения пространства связана как с интенсив­ным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные воз­можности размножения), так и со способностью организмов ин­тенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастаю­щих на 1 га, составляет 8-10 га и более. То же относится к корне­вым системам.

2. Движение не только пассивное (под действием силы тяже­сти, гравитационных сил и т. п.), но и активное. Например, против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков и т. п.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков (в сотни, тысячи раз) значительнее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизне­деятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых потреб­ляют за день количество пищи, которое в 100-200 раз больше веса их тела. Особенно активны организмы-грунтоеды. Дождевые чер­ви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего чело­вечества) за 150-200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой почвы. Такие же явления имеют место в дон­ных отложениях океана. Слой донных отложений здесь может быть представлен продуктами жизнедеятельности кольчатых чер­вей (полихет) и достигать нескольких метров. Колоссальную роль по преобразованию вещества выполняют организмы, для кото­рых характерен фильтрационный тип питания. Они освобождают водные массы от взвесей, склеивая их в небольшие агрегаты и осаждая на дно.

Впечатляют примеры чисто механической деятельности неко­торых организмов, например роющих животных (сурков, сусликов и др.), которые в результате переработки больших масс грунта со­здают своеобразный ландшафт. По представлениям В. И. Вернад­ского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95-99% переработаны живыми организмами. Даже такие колос­сальные запасы воды, которые имеются в биосфере, разлагаются в процессе фотосинтеза за 5-6 млн. лет, углекислота же проходит через живые организмы в процессе фотосинтеза каждые 6-7 лет.

Все перечисленные и другие свойства живого вещества обус­ловливаются концентрацией в нем больших запасов энер­гии. Согласно В. И. Вернадскому, по энергетической насыщеннос­ти с живым веществом может соперничать только лава, образую­щаяся при извержении вулканов.

Средообразующие функции живого вещества. Всю деятель­ность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их пре­образующей биосферно-геологической роли.

В. И. Вернадский выделял девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановитель­ную, концентрационную и другие. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А. В. Лапо (1987).

Энергетическая функция живого вещества нашла отражение в двух биогеохимических принципах, сформулированных В.И.Вер­надским. В соответствии с первым из них геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению. Второй принцип гласит, что в процессе эволю­ции выживают те организмы, которые своей жизнью увели­чивают геохимическую энергию.

С газовой функцией в настоящее время связывают два перелом­ных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относит­ся ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени вос­становительные процессы в биосфере стали дополняться окисли­тельными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со време­нем, когда концентрация его достигла примерно 10% от современ­ной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озо­на и образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого фун­кцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

3. Окислительно-восстановительная. Связана с интенсифи­кацией под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводо­рода, а также метана. Это, в частности, делает практически без­жизненными глубинные слои болот, а также значительные придон­ные толщи воды (например, в Черном море). Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.

7. Средообразующая. Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других фун­кций). С ней в конечном счете связано преобразование физико-хи­мических параметров среды. Эту функцию можно рассматривать в широком и более узком планах.

В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и под­держивают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.

Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Это прежде всего относит­ся к сообществам с большой массой органического вещества (био­массой). Например, в лесных сообществах микроклимат существен­но отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые колебания температур, выше влажность воз­духа, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верх­них горизонтах почвы).

Важна также информационная функция живого вещества, вы­ражающаяся в том, что живые организмы и их сообщества накап­ливают определенную информацию, закрепляют ее в наследствен­ных структурах и затем передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

В обобщающем виде роль живого вещества сформулирована гео­химиком А. Н. Перельманом в виде «Закона биогенной мигра­ции атомов» (В. И. Вернадского): «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осу­ществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические осо­бенности которой обусловлены живым веществом. » В со­ответствии с этим законом понимание процессов, протекающих в биосфере, невозможно без учета биотических и биогенных факто­ров. Воздействуя на живое население Земли, люди тем самым из­меняют условия миграции атомов, а следовательно, воздействуют на основополагающие геологические процессы.

III.3. Основные свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

В частности, есть сторонники той точки зрения, что серия ано­мальных явлений, имевших место, например, в 1989 году, связана с высокой солнечной активностью. На протяжении только 1,5-2 ме­сяцев наблюдались такие аномальные явления, как землетрясение на острове Итуруп, авария на продуктопроводе в районе Челябинс­ка, гибель атомной подводной лодки «Комсомолец», события в Тби­лиси, активизация военных действий в Нагорном Карабахе и др.

Разнообразие биосферы за счет элементарных экосистем по вер­тикали обусловливается ярусностью или экогоризонтами раститель­ного покрова и связанных с ними животных организмов, а в гори­зонтальном направлении неравномерностью распределения орга­низмов и их группировок и связанных с ними факторов (увлажне­ние, микрорельеф, обеспеченность элементами питания и т. п.).

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксп­луатации, они позволяют в короткое время получить значительный объем нужной продукции (например, с сельскохозяйственных по­лей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивос­ти экосистем, их распадом и деградацией среды.

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конфе­ренцией ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты спе­циальные Заявления или Конвенции. Кроме сохранения разнообра­зия, такие конвенции приняты по сохранению лесов и по предотвра­щению изменений климата.

Следует подчеркнуть, что значимость разнообразия для природ­ных систем в значительной мере действительна и для социальных структур. Всякое стремление к упрощению социальной структуры общества, перевод ее на однообразие, авторитаризм могут дать кратковременный положительный результат, за которым неминуе­мо проявляются отрицательные последствия.

Вопросы и задания

1. Что понимается под «Биосферой»? Кто является автором тер­мина и автором науки «Биосфера»? Где проходят границы био­сферы?

2. Попытайтесь кратко сформулировать сущность учения В. И. Вернадского о биосфере? Какое значение учение о биосфере имеет для понимания и решения современных экологических про­блем?

3. Что называется «живым веществом», по В. И. Вернадскому? Какие вещества, кроме живого, В. И. Вернадский выделил в био­сфере?

4. Назовите и раскройте основные свойства живого вещества. Сравните их с неживым веществом (косным).

5. Перечислите и раскройте содержание основных функций жи­вого вещества. Каково их значение в процессах планетарного мас­штаба?

6. Сформулируйте содержание и раскройте сущность закона био­генной миграции атомов (В. И. Вернадского).

7. Назовите и раскройте содержание основных свойств биосфе­ры. Как они связаны с живым веществом?

8. Что является основным условием устойчивости биосферы и других экологических систем?

9. Приведите примеры саморегулирующей способности биосферы.

10. Почему биосфера потенциально бессмертна с энергетичес­кой и вещественной точек зрения?

Источник