Роль эдафических факторов в распределении растений и животных.

Специфические растительные ассоциации, как уже отмечалось, формируются в связи с разнообразием условий мест обитании, включая и почвенные, а также и в связи с избирательностью по отношению к ним растений в определенной ландшафтно-географической зоне. Следует учитывать, что даже в одной зоне в зависимости от ее рельефа, уровня грунтовых вод, экспозиции склона и ряда других факторов создаются неодинаковые почвенные условия, которые отражаются на типе растительности. Так, в ковыльно-типчаковой степи всегда можно обнаружить участки, где доминирует ковыль или, наоборот, типчак. Именно поэтому типы почв являются мощным фактором распределения растений.

На наземных животных эдафические факторы оказывают меньшее влияние. Вместе с тем животные тесно связаны с растительностью, и она играет решающую роль в их распределении. Однако и среди крупных позвоночных легко обнаружить формы, которые приспособлены к конкретным почвам. Это особенно характерно для фауны глинистых почв с твердой поверхностью, сыпучих песков, заболоченных почв и торфяников. В тесной связи с почвенными условиями находятся роющие формы животных. Одни из них приспособлены к более плотным почвам, другие могут разрывать только легкие песчаные почвы. Типичные почвенные животные также приспособлены к различным видам почв. Например, в средней Европе отмечают до 20 родов жуков, которые распространены только на солончаковатых или солонцовых почвах. И в то же время нередко почвенные животные имеют очень широкие ареалы и встречаются в разных почвах. Дождевой червь (Eisenia nordenskioldi) достигает высокой численности в тундровых и таежных почвах, в почвах смешанных лесов и лугов и даже в горах. Это связано с тем, что в распространении почвенных обитателей кроме свойств почвы большое значение имеют их эволюционный уровень и размеры тела. Тенденция к космополитизму отчетливо выражена у мелких форм: бактерий, грибов, простейших, микроартропод (клещей, коллембол), почвенных нематод.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между наземной и водной. С воздушной средой почву сближает наличие почвенного воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев.

С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность его водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие в почвенных растворах солей и органических веществ, возможность двигаться в трех измерениях. Как и в воде, в почве сильно развиты химические взаимозависимости и взаимовлияния организмов.

Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных дают возможность сделать заключение, что почва играла особую роль в эволюции животного мира. Например, для многих групп членистоногих в процессе исторического развития почва явилась средой, через которую типично водные организмы смогли перейти к наземному образу жизни и заселить сушу.

№25

Прямо или косвенно температура среды влияет на выживание, размножение, численность, распределение животных. Теплота - основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность, поэтому температурные условия оказываются одними из важных экологических факторов, влияющих на интенсивность обменных процессов. Это постоянно действующий фактор. Широкий диапазон колебаний определяется географическими, сезонными и суточными различиями. Прямое влияние температуры связанно с поглощением тепла телом животного и отдачей его во внешнею среду. Термодинамической правило Вант-Гоффа в экологической модификации: с увеличением температуры на каждые 10 градусов, ускоряет в 2-3 раза химические процессы. Фактически обмен веществ усиливается многократно до 7 раз. При чрезмерном увеличении температуры замедляется или останавливается. Верхний температурный порог жизни определяется температурой свертывания белков равной 60градусам - таков порог смерти у некоторых простейших и низших многоклеточных. Обезвоживание организма увеличивает этот порог, на чем основана высок термоустойчивость цист, спор, семян, некоторых мелких организмов в обезвоженном состоянии. Архебактерии нормально существуют до 105гр. У более сложноорганизованных животных основная причина тепловой гибели- рассогласование обменных процессов, вызванные разным значением коэффициента Q10 – во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении температуры на 10 градусов. У животных большое значение имеют нарушение деятельности нервной системы и ее регуляторных функций, поэтому у большинства животных тепловая гибель наступает при 42-43 гр. Нарушение метаболических и регуляторных процессов наступает и при низких температурах тоже. Дисгармония функций также определяется разным значением Q10 отдельных реакций. В почках млекопитающих канальцевая реабсорбция затормаживается уже при температуре тела 23-20 градусов, а клубочковая фильтрация – только при 19, что нарушает выделительную функцию. У собак условные рефлексы угасают при 30 градусах, а биоток коры регистрируются до 20 градусов, а функция стволовой части мозга сохр-ся при еще более низкой температуре. Химическая терморегуляция обусловлена интенсивностью ок-восс-х реакций и осущ-ся рефлекторным путем. Изменение внешней температуры воспринимается рецепторами, они посылают сигнал в ЦНС, который посылает импульсы к механизмам регулирующим ок-восс-е процессы. Величину теплопродукции можно оценить по количеству потребленного кислорода, она тесно связана с теплоотдачей, которая находится прямой зависимости от размеров животных. Чем оно меньше, тем больше поверхность тела, больше теплоотдача. У мелких организмов, как правило, скорость ок-восс-х процессов выше. К физическим механизмам терморегуляции – теплоизолирующие покровы, деятельность потовых желез, испарение влаги при дыхании, сосудистая регуляция кровообращения. У наиболее высокоорганизованных животных эти механизмы работаю четко. Очень большое значение имеет поведение животных. Активное перемещение в места с наиболее благоприятной температурой, поиск и создание убежищ, рассредоточение, скучивание, разное поведение в течение суток.

В живых организмах постоянно происходит теплообмен. Он складывается из двух противоположных процессов - притоком тепла и отдачей его во внешнею среду. Относительный ход этих составляющих неодинаков у разных групп организмов. Пойкилотермные организмы - все таксоны живых организмов, кроме птиц и млекопитающих. Отличаются неустойчивым уровнем обмена веществ, непостоянством температуры тела и почти полным отсутствием механизмов его регуляции. Температура тела отдельных животных мало отличается от температуры среды и изменяется вслед за ее колебаниями. Принципиальная особенность пойкилотермных организмов – благодаря относительно низкому уровню метаболизма главным источником тепловой энергии является внешнее тепло, этим объясняется прямая зависимость: температура тела - температура окружающей среды. Полное соответствие этих температур наблюдается редко и свойственно очень мелким организмам. В диапазоне низких и умеренных температур температура тела оказывается более высокой, а в очень жарких – более низкой. Причина повышенной по сравнению со средой температуры – даже при низком уровне обмена продуцируется эндогенное тепло, которое увеличивает температуру тела. Особенно ярко это проявляется у активно двигающихся животных – у насекомых температура в покое больше на десятые доли, чем температура окружающей среды, а при полете у бабочек, шмеля температура равна 40 градусам даже при температуре окружающей среды равной 10 градусам. Пониженная температура в жарком климате – за счет потери тепла с испарением, которое при высок температуре и низкой влажности существенно увеличивается. Скорость изменения температуры тела у пойкилотермных находятся в обратной зависимости с их размерами. Это определяется соотношением массы и поверхности. У более крупных форм относительная поверхность тела уменьшается, это ведет к уменьшению потери тепла. У крупных кожистых черепах, пойманных в холодных водах, темп тела на 10 градусов выше температуры воды. Именно крупные размеры позволяют проникать в холодные воды. При оптимальной температуре среды обменные химические реакции у пойкилотермных минимальны. Существует оптимум и пессимум для различных стадий. У остромордой лягушки откладка и развитие икры от +1-23 градусов, у прудовой от +16-31градусов. При этом крайние температуры, особенно нижние, лежат в зоне пессимума, а диапазон оптимальных - значительно уже. Крайние минимальные и максимальные температуры нижнего и верхнего пессимума – нижний и верхний порог развития, или нижний и верхний биологический ноль, за пределами которого развития вообще не происходит. Температура, лежащая выше нижнего порога развития, и не выходящая за пределы верхнего – эффективная температура. Только она может вывести организм из нулевого состояния и активизировать физиологические процессы. Развитие пойкилотермных организмов протекает тем быстрее, чем выше температура окружающей среды. Кол-во тепла, необходимое для развития определяется суммой эффективных температур или суммой тепла.

К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие гомойотермных животных – наличие комплекса регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма, поэтому все биохимические и физиологические реакции протекают в оптимальных температурных условия. Химическая терморегуляция проявляется в продуцировании тепла, а физическая – в его распределении и отдачи. Химическая терморегуляция обусловлена интенсивностью окислительно-восстановительных реакций и осуществляется рефлекторным путем. Изменение внешней температуры воспринимается рецепторами, они посылают сигнал в ЦНС, которое посылает импульсы к механизмам, регулирующим окислительно-восстановительные процессы. Величину теплопродукции можно оценить по количеству потребленного кислорода, она тесно связана с теплоотдачей, которая находится прямой зависимости от размеров животных. Чем оно меньше, тем больше поверхность тела, больше теплоотдача. У мелких, как правило, скорость окислительно-восстановительных процессов выше. К физическим механизмам терморегуляции – теплоизолирующие покровы, деятельность потовых желез, испарение влаги при дыхании, сосудистая регуляция кровообращения. У наиболее высокоорганизованных животных эти механизмы работаю четко. Очень большое значение имеет поведение животных. Активное перемещение в места с наиболее благоприятной температурой, поиск и создание убежищ, рассредоточение, скучивание, разное поведение в течение суток. При оптимальной температуре среды у позвоночных обменные химические реакции достигают максимума. Интенсивность метаболизма обратно пропорционально температуре окружающей среды. Развитие гомойотермных организмов в меньшей степени зависит от температуры окр. среды, но и им свойственен определенный температурный оптимум и пессимум физиологических процессов.

№26

Влажность и осадки в жизни растений и животных. Роль снежного покрова и льда в жизни организмов.

Формирование профиля влажности – сложное явление, складывающееся из атмосферных осадков, физического испарения, конденсации, транспирации растений, парообразного переноса влаги под влиянием температуры, скорости ветра и др. Влажность воздуха отражает содержание водяных паров на единицу объема (абсолютная влажность). Это показатель может быть выражен и отношением количества водяных паров к их кол-ву, насыщающему воздух при данной температуре (относительная влажность, %)Сухость воздуха является лимитирующим фактором при газообмене организмов с внешней средой, т к в кровь поступает О2, предварительно раствор-й в воде и важнейшее условие устойчивого газообмена – это поддержание дыхательной повер-ти во влажном состоянии.

Влажность воздуха определяет поступление воды в организм ч/з покровы, а так же потери воды этим путем. Животные – гидрофилы, или влаголюбы, предпочитают влажные моста обитания (слизни, пиявки, моллюски). Большое значение влажность воздуха имеет для амфибий. Обязательное участи кожи в дыхании определяет образ жизни – большинство из них населяет околоводные места обитания, предельно влажные биотопы подстилки и верхние горизонты почвы. Кроме того, кожа амфибий обеспечивает потребности организма в воде, т к легко для нее проницаема. Есть сухолюбивые животные – ксерофилы – рептилии, грызуны – предпочитающие сухие места обитания.

Ведущий фактор влажности – это осадки, но на них существенно влияют температура, ветер, солнечная радиация и др. Осадки также определяют режим водоемов и почвенной влаги. Отсутствие осадков в аридных зонах является причиной сезонных миграций животных в аридных зонах.

Влажность и осадки играют основную роль в жизнедеятельности растений. Кроме поглощения почвенной влаги возможно поступление капельно-жидкостной воды в растение через надземные органы. У высших растений это явление встречается в основном у эпифитов тропических лесов, поглощающих влагу всей поверхностью тела. У эпифитных орхидей воздушные корни покрыты многослойным эпидермисом – веламеном, который при дожде впитывает воду как губка. Колючки некоторых кактусов, имеющие свойства капилляров, способны поглощать капельно-жидкую влагу. Парообразную влагу могут впитывать безлистные ветви пустынных кустарников – саксаулы, солянки, кандымы.

У высших споровых и низших растений поглощение влаги надземными частями – обычный способ водного снабжения, поэтому для них характерно слабое развитие покровных тканей. Для быстрого впитывания воды у кустистых лишайников развита большая площадь поглощения, у сфагновых мхов – система пустых гиалиновых клеток, у зеленых мхов – микроскопические волоски.

Содержание паров воды в воздухе имеет большое значение как фактор, определяющий скорость потери воды растениями. Отрицательное влияние повышенной влажности местообитания может заключаться в распространении грибных и бактериальных инфекций.

Снег играет в жизни растений двоякую роль. С одной стороны сильные снегопады способны причинить механические повреждения (снеголом, искревление стволов), с другой стороны снег защищает зимующие растения от вымерзания, почву – от глубокого промерзания. Снежный покров накапливает влагу, которая используется растениями в начале вегетационного периода.

Лед оказывает на растения в основном неблагоприятное воздействие. Образование ледяной корки на поверхности почвы прекращает доступ воздуха в почву. Ледяной покров может образовываться на растениях, образуя ожеледь (затрудняет дыхание, ведет к поломкам). Град наносит существенный ущерб листьям, ломает побеги.

Снеговой покров играет существенную роль в жизни животных. Для мелких млекопитающих (Мыши-полевки, лемминги) снег зимой служит средой обитания. Для животных, впадающих в спячку, снег служит дополнительным теплоизолирующим слоем для зимних укрытий. Снеговой покров может являться лимитирующим фактором в распространении некоторых видов животных – дикие мелкие кошки, мелкие копытные. Наст и рыхлый снег оказывает губительное действие на многих диких и домашних животных, затрудняя передвижение, тем самым сокращая площадь сбора пищи и способность избегать хищников, а затраты энергии на преодаление пути при этом увеличиваются.

№27