Назад

Купить и читать книгу за 164 руб.

Вы читаете ознакомительный отрывок. Если книга вам понравилась, вы можете купить полную версию и продолжить читать

Основы экологии и рационального природопользования: учебное пособие

   Учебное пособие написано в соответствии с новой программой по экологии и рассчитано на базовый курс. Содержит сведения о важнейших понятиях экологии: о среде обитания и факторах среды, о способности организмов приспосабливаться к той или иной среде обитания; об экосистемах и взаимодействии организмов в составе экосистем; о глобальных экологических проблемах биосферы; о принципах рационального природопользования и ресурсах планеты. Пособие обеспечивает знание фундаментальных основ экологии, способствует формированию экологического мышления, воспитанию осознанного отношения к природным процессам и природопользованию, исключающего потребительский подход.
   Для студентов учреждений среднего профессионального образования различного профиля.


Татьяна Федоровна Гурова, Людмила Владимировна Назаренко Основы экологии и рационального природопользования Учебное пособие

Предисловие

   …Что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа. Ее надо беречь, как мы бережем самую жизнь человека. Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.
П.И. Чайковский
   Значительные отрицательные изменения в окружающей природной среде породили многие вопросы выживания человека, поставили задачу формирования экологического мировоззрения у молодого поколения.
   В связи с этим экологическому образованию и воспитанию в России в последнее время уделяется все большее внимание, поскольку остановить грядущую лавину экологического кризиса сможет только человечество новой эпохи, с новым мировоззрением и осмыслением своего места в биосфере.
   По словам А. Печчеи, «…проблема в итоге сводится к человеческим качествам и путям их усовершенствования. Ибо лишь через развитие человеческих качеств и человеческих способностей можно добиться изменения всей ориентации на материальные ценности цивилизации и использовать ее огромный потенциал для благих целей. И если мы хотим сейчас обуздать техническую революцию и направить человечество к достойному его будущему, то нам необходимо прежде всего подумать об изменении самого человека, о революции в самом человеке».
   Для того чтобы разрушить прежний технократический подход к использованию природных ресурсов, необходимо воспитывать новое, бережное отношение к природе, любовь к собственному дому (экология – от греческого ойкос – дом, жилище). Экологию нужно рассматривать, во-первых, как науку о природе и только во-вторых – как науку о рациональном использовании природы.
   Данное учебное пособие «Основы экологии и рационального природопользования» отличается от существующих учебных пособий по промышленной экологии тем, что проблемы экологии и охраны природы рассматриваются с иных позиций, нежели потребительские подходы, которые были прочны до недавнего времени в учебной литературе для средних специальных учебных заведений.
   Осознанное отношение к природным процессам, четкое знание экологических законов – законов функционирования экосистем, эволюции биосферы и месте человека в биосфере – являются фундаментом в подготовке специалистов разного уровня и профессионального профиля. Студенты должны усвоить, что в природе все целесообразно и взаимосвязано, любое вмешательство человека в природные процессы имеет свои пределы.
   Учебное пособие состоит из трех разделов. В первом разделе «Основы экологии» излагаются основные законы и понятия экологии, без знания которых невозможно создавать экологически чистые производственные линии и технологии, осуществлять наблюдения и делать прогнозы состояния окружающей среды. Рассматриваются законы соответствия между организмами и средой обитания. Уделяется внимание таким основным понятиям экологии, как популяции и их характеристики, экосистемы, экологические ниши, взаимодействия организмов в экосистемах. Рассматриваются и структуры сообществ, условия их устойчивости, многообразие жизненных ритмов, механизмы адаптации и др. Параллельно приводятся примеры вредного влияния хозяйственной деятельности человека, загрязнения окружающей среды.
   Во втором разделе «Городские и промышленные экосистемы. Здоровье человека и окружающая среда» рассматриваются основные тенденции в демографической ситуации, проблема роста численности городского населения, особенности функционирования городских экосистем и возможности адаптации человека к жизни в современном городе.
   В третьем разделе курса «Рациональное природопользование» рассматриваются проблемы и перспективы рационального природопользования, понятия о возобновимых и невозобновимых ресурсах, изложены принципы рационального природопользования, некоторые вопросы охраны отдельных видов ресурсов и природоохранного законодательства.
   В приложениях приводятся примеры простейших практических занятий, которые могут быть организованы преподавателем в дополнение к лекционному курсу.
   Данное учебное пособие рассчитано на 40 часов учебного времени с учетом того, что часть лекций может быть резервной, а часть может быть заменена. Предполагается, что курс дает знание фундаментальных основ экологии, а остальное учебное время, предусмотренное программой (70 и более часов), будет использоваться каждым учебным заведением в соответствии с профессиональной направленностью или региональными экологическими проблемами.

   Авторы

Раздел I
Основы экологии

Глава 1
Предмет, задачи и проблемы экологии

   История взаимодействия человека и природы; некоторые экологические проблемы современности; «законы» Барри Коммонера; предмет и разделы экологии; методы экологических исследований

   Экология – одна из наук о природе. Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов – той базы, на которой живет и развивается человеческое общество.
   Человек как часть природы и биологический вид в процессе жизнедеятельности долгое время влиял на природу не больше, чем остальные живые организмы. Но с появлением труда человек вышел из-под биологического контроля природной среды и начал активно на нее воздействовать.
   Историю взаимодействия человека и природы можно проследить с древних времен и до наших дней, используя исторические летописи, записи рассказов очевидцев, произведения художников.
   1. В древние времена природа была полновластным хозяином человека, и он всецело зависел от нее. Стихийные природные явления – наводнения, извержения вулканов, землетрясения – приводили к гибели людей, разрушению или полному исчезновению поселений, городов, разрушали поля и пастбища (например, легенда об исчезнувшей Атлантиде, которая могла занимать целый остров или даже часть континента; гибель Помпеи и Геркуланума под слоем пепла и грязи при извержении Везувия).
   2. В историческом прошлом с вулканическими извержениями связаны большие бедствия, но по масштабам они меньше, чем число жертв от землетрясений. Самые древние сведения о землетрясениях мы находим в летописях Китая.
   3. Также изменялся климат, и человек не мог противостоять этим природным явлениям. Так, наскальные рисунки говорят о том, что Сахара не была пустыней; это были саванны или редколесье, что подтверждают радиолокационные космические снимки: сквозь пески «просвечивают» долины рек.
   4. В некоторых районах Земли происходило не увеличение засушливости, а, наоборот, похолодание и наступление ледников. Так, на месте ледников Гренландии существовала жизнь, были поселения – отсюда и название «зеленая земля».
   Также происходили катастрофы при разливах рек и изменении их русла, колебании уровней морей и океанов.
   Однако не только природа, стихийные бедствия, но и сам человек мог создать губительную для себя природную обстановку.
   Известны исторические предания о том, как для осады городов нападающие армии могли изменять русла рек, роя перпендикулярные каналы. При этом гибло все живое в старом русле и на берегах.
   5. Предки современных греков, разводя коз, и не предполагали, что в дальнейшем именно козами будет уничтожена древесная растительность не только в Греции, но и во многих странах Южной Европы. В настоящее время происходит опустынивание стран Средиземноморского побережья, и в этом процессе, несомненно, сыграла свою роль деятельность человека.
   6. Интенсивное поливное земледелие без учета природы местности приводит к истощению и засолению почвы, гибели оазисов (например, Аральское море и районы Приаралья – сейчас оазис превращен в пустыню).
   7. Пастбища вытаптывались от неумеренного выпаса скота. Вырубка кустарников и деревьев на дрова оголяла пески. Такие события происходили, например, вдоль знаменитого Великого шелкового пути, где располагались цветущие города, земледельческие оазисы. Но постепенно вода из оголенных человеком песков уходила вглубь, каналы переставали приносить живительную влагу, пески приходили в движение, засыпая поля, каналы, поселения.
   Таким образом, на примерах мы проследили, какие изменения в природу вносила хозяйственная деятельность человека.
   Развитие скотоводства сопровождалось изменением растительности и вытеснением диких травоядных животных с их коренных мест обитания. Еще большие изменения в природе произошли с развитием земледелия. Распашка степей, вырубка и выжигание под пашни лесов, сооружение ирригационных систем привели к изменению природных ландшафтов, сокращению водоносности рек, развитию эрозии почв, отразились на видовом разнообразии животного мира.
   С развитием промышленности началась интенсивная эксплуатация недр, водных ресурсов. Чрезмерная эксплуатация природы привела к истощению ее ресурсов и породила проблему загрязнения окружающей среды.
   Некоторые экологические проблемы современности. К чему же приводит наступление человека на природу?
   1. Происходит загрязнение акваторий – это проблема века. В нашей стране этому подвержены озера Байкал и Ладога.
   2. Могла произойти непоправимая катастрофа, если бы осуществился «знаменитый» проект переброски части стока северных рек из бассейна Оби на юг. Произошло бы подтопление земель в каналах и засоление их в пустынях, затопление обширных участков пойм Оби, Иртыша и других рек, проникновение по водным путям из Сибири в Среднюю Азию рыб, зараженных опасными болезнями, и т. д.
   3. Часто скрываются истинные масштабы катастрофы и истинный уровень радиации в зонах аварий на АЭС и заводах по производству ядерного топлива. Например, только в конце 80-х годов выяснилось, что в более чем 100 городах нашей страны воздух загрязнен выше допустимых норм. Недостаточна информация об экологическом состоянии части Финского залива. На дне залива сейчас «создается» настоящая биологическая бомба. Ее «взрыв» может привести к вспышке массовых инфекционных заболеваний у жителей Ленинградской области.
   4. Губит природу выпадение радиоактивных осадков, загрязнение почв и вод нефтью и нефтепродуктами.
   5. Огромный вред приносят природе войны, особенно с применением химического оружия. Примером является война во Вьетнаме, где с самолетов на джунгли сбрасывались гербициды, дефолианты, и земля становилась голой. Такая тактика «выжженной земли» привела не только к поражению растений – затихли в джунглях голоса птиц и животных.
   Таким образом, взаимоотношения человека с природой из гармоничных и естественных стали превращаться в конфликтные.
   Но человек-«хищник» должен сказать себе «стоп!», изменив свое потребительское отношение к природе, иначе человечество само себя уничтожит.
   В 70-х годах американский эколог Барри Коммонер сформулировал четыре положения, на которых должны строиться взаимоотношения человека с природой. Эти положения стали называть законами, хотя, скорее, это «экологические поговорки».

   Вот эти «законы» Барри Коммонера.
   1. Все связано со всем – об экосистемах и биосфере.
   2. Все надо куда-то девать – о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и поэтому нужно думать об их уменьшении и способах захоронения.
   3. За все надо платить – о рациональном природопользовании, т. е. за комфортабельную жизнь в городах нужно платить загрязнением атмосферы, за получение высоких урожаев – удобрениями, за ухудшение здоровья населения – санаториями и лекарствами и т. д.
   4. Природа знает лучше – самый важный закон природопользования; природу нельзя покорять, можно только сотрудничать с ней, исправляя последствия хозяйственной деятельности и способствуя сохранению природного равновесия.
   Поскольку человек не может отказаться от всего того, что называется цивилизацией, и вернуться к первобытному образу жизни, он должен научиться жить в гармонии с природой при достигнутом уровне технического прогресса.
   Это можно сделать, только изучая законы, по которым все в природе взаимосвязано. Необходимо установить, какие вмешательства человека в природу являются допустимыми, а какие – разрушительными. Изучением таких законов и занимается наука экология.
   Экология, являясь наукой о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания, изучает системы, которые выше уровня одного организма, т. е. надорганизменные системы, и основывается на разных отраслях биологии (физиологии, генетике, биофизике), а также небиологических наук (географии, геологии, химии, физике) и др.
   Термин «экология» был впервые предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в работах «Общая морфология организмов» (1866) и «Естественная история миротворения» (1868).

   Задачи экологии
   1. Изучать взаимоотношения между организмами и окружающей средой.
   2. Исследовать действие среды обитания на строение, жизнедеятельность и поведение организмов.
   3. Устанавливать зависимость между состоянием среды обитания и благополучием популяции.
   4. Изучать направление отбора в популяциях.
   5. Представить экологию как теоретическую основу охраны окружающей среды и рационального природопользования.
   Экологию можно разделить на общую, частную и глобальную.
   Общая экология исследует главные принципы организации и функции надорганизменных систем.
   Частная экология изучает определенные таксономические группы (экология растений, животных, микроорганизмов и т. д.).
   Глобальная экология изучает биосферу в целом, весь земной шар. Ее первоочередная задача – прогнозирование изменений биосферы в будущем, выяснение закономерностей эволюции биосферы.
   В настоящее время появилось множество отраслей общей экологии: промышленная, медицинская, химическая, сельскохозяйственная, лесная, экология морей, городская, математическая, юридическая и др.

   Методы экологии
   Сейчас для экологических исследований применяют различные методы:
   1) полевые наблюдения (сбор гербариев, описание почвенных разрезов, сбор и учет насекомых, установка ловушек для животных);
   2) фенологические наблюдения (за сезонными изменениями в живой природе);
   3) метеорологические наблюдения;
   4) изучение микроорганизмов в воде, воздухе, почвах; взятие санитарно-гигиенических проб;
   5) лабораторные методы химического и физического анализа состава атмосферы, почв, водоемов;
   6) математические методы обработки материалов и математическое моделирование процессов, происходящих в биогеоценозах и биосфере;
   7) картографические методы (составление карт различных ландшафтных зон и карт-прогнозов).
   В экологических исследованиях применяются и многие другие методы.

   С 80-х годов XX века в мире сложилась предкризисная экологическая обстановка, и человечество это осознало. Экологические просчеты отразились на здоровье людей. Кризисные ситуации в окружающей среде все в большей степени влияют на современную политическую ситуацию, приводят к международным конфликтам, так как, с одной стороны, происходит рост народонаселения, а с другой – истощение природных ресурсов. Однако человечество способно найти выход из сложившегося положения и навести порядок в «собственном доме», если будет действовать в соответствии с законами природы и позволит ей поддерживать стабильность и равновесие в биосфере.
ВОПРОСЫ
   1. Дайте определение экологии как науки. Назовите автора термина.
   2. Охарактеризуйте предмет, методы исследования и разделы экологии.
   3. Сформулируйте «законы» Барри Коммонера и приведите несколько своих примеров, подтверждающих эти «законы».
   4. Охарактеризуйте некоторые экологические проблемы России.
   5. Приведите примеры того, к каким последствиям в наше время привело неограниченное наступление человека на природу.
   6. Приведите примеры того, что происходит в природе, если человек вмешивается в ее жизнь, не учитывая экологических закономерностей.

Глава 2
Организмы и среды их обитания

   Экологические понятия: «среда обитания», «факторы среды»; закономерности действия факторов среды на живые организмы; основные положения теории Ч. Дарвина, объясняющие пути приспособления организмов к окружающей среде

   Организмы, живущие на Земле, очень разнообразны и образуют целые царства и подцарства, которые включают: растения, животных, грибы, бактерии, простейших, архебактерии, цианобактерии.
   Среди растений можно встретить виды, живущие всего несколько дней (некоторые водоросли), месяцев (однолетние травы), лет (многолетники), десятилетий (кустарники, деревья), сотни лет (дуб, секвойя).
   В толще воды наряду с водорослями встречаются мельчайшие рачки, медузы, разнообразные рыбы, акулы, киты, у дна – морские звезды, двустворчатые моллюски и прочие обитатели водных глубин.
   На суше обитают жуки, ящерицы, лягушки, олени, буйволы, волки, а также разнообразные грибы, бактерии и простейшие. В воздухе можно встретить стаи птиц, насекомых – стрекоз, бабочек. Это весьма неполный перечень разнообразных представителей животного и растительного мира. Все эти организмы живут в разных условиях, занимают строго определенное жизненное пространство. Каждый из них для своего нормального развития и размножения требует определенных условий окружающей среды. Что же такое окружающая среда, что входит в понятие «среда обитания»?
   Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.
   Среда – это и физические свойства пространства, окружающего растение, животное или человека, т. е. температура, освещенность, давление, уровень радиации, подвижность частиц. Это и химический состав веществ, это и живые организмы своего и чужих видов, с которыми данный организм вступает в непосредственный контакт.
   На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий: наземную, водную, почву и тела живых организмов (явление паразитизма). Первой средой, в которой возникла и распространилась жизнь, была водная среда. Постепенно живые организмы овладели наземно-еоздушной средой, создали и населили почву; специфической средой жизни стали сами живые организмы.
   Разные организмы, даже совместно обитающие, используют различную пищу, выделяют в среду специфические продукты жизнедеятельности, имеют свои особенности газообмена, водообмена, солеобмена, строят свои жилища из разного материала. Это значит, что каждое животное или растение по-своему использует окружающие его вещества, по-разному взаимодействует с другими организмами, живущими на этой территории, в этом водоеме.
   Один и тот же элемент среды для двух рядом живущих организмов может иметь совершенно разное значение. Например, ветер как элемент наземной среды, имеет первостепенное значение для ветроопьгляемых растений (пшеница, овес, береза) и почти безразличен для растений, опыляемых насекомыми (яблоня, вишня, многие цветы). Или другой пример – влажность воздуха показатель, который имеет совершенно разную значимость для земноводных и млекопитающих, обитающих в одной и той же местности (лягушка и ёж). Другими словами, в среде обитания любого организма всегда есть элементы, от которых зависит возможность существования организма, т. е. очень важные, и есть компоненты среды, для данного организма безразличные.
   Поэтому, кроме понятия «среда обитания», в экологии сложились понятия о факторах среды и условиях существования организмов.
   На суше экологически важными факторами среды являются свет, температура и влажность. В водоемах основную роль играют соленость воды и ее температура, концентрация в ней кислорода и иных газов, а также другие факторы.
   Элементы среды обитания, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ, определяют как экологические факторы.
   Условно все факторы среды делят на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.
   Абиотические факторы, температура, свет, радиоактивное излучение, давление и влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности – все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы.
   Биотические факторы – формы воздействия живых существ друг на друга. Это могут быть межвидовые отношения (хищник – жертва); нейтральные, допускающие мирное сосуществование; отношения «паразит – хозяин»; отношения между растениями и растительноядными животными (произвожу – потребляю), а также внутривидовые: иерархические, демографические, социальные. Взаимные связи организмов – основа существования биоценозов и популяций.
   Антропогенные факторы – это формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению природы как среды обитания других видов. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта изменило природу нашей планеты. И значение антропогенных воздействий на живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.
   Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительного периода времени. Такими факторами являются сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов – температура, влажность, осадки, ветер, наличие укрытии и пищи, хищники, паразиты, конкуренты – очень изменчиво в пространстве и времени. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для свободно живущих хищников ее запасы все время меняются.
   Однако в характере воздействия разнообразных экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.
   Первая закономерность – закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Границы благоприятного воздействия какого-либо фактора на организм называются зоной оптимума или просто оптимумом для данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума в ту или иную сторону, тем больше выражено угнетающее воздействие фактора на организм (рис. 1).
   Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы

   Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть.
   У каждого вида организмов свои оптимальные значения действия факторов среды и свои пределы выносливости. Так, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха около 80 °C (от +30 до -50 °C), а тепловодные рачки Copilia mirabilis не выдерживают даже незначительных колебаний температуры. Их температурный оптимум лежит в диапазоне от +23 до +29 °C, что составляет всего 6 °C. Более того, внутри вида общая кривая выносливости (кривая оптимума) может незначительно сужаться или расширяться для каждой отдельно взятой особи. Аналогичный пример можно привести относительно другого фактора – солености водоема. Если сравнивать два вида рыб – форель и окуня, то они имеют совершенно разный размах оптимальных значений солености. Форель не выносит даже незначительного ее увеличения, а окунь в этих же условиях чувствует себя прекрасно.
   Вторая закономерность – неоднозначность действия фактора на разные функции организма. Один и тот же фактор оказывает различное влияние на функции организма. Так, температура воздуха от +40 до +50 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение, т. е., несмотря на активные обменные процессы, состояние комфорта при повышении температуры окружающей среды не достигнуто.
   Яркий пример положительного и отрицательного действия одного и того же фактора на организм – разные температурные требования многих рыб во время созревания икры и молоки (для этих двух процессов нужна разная температура).
   Еще пример – изменение температурных требований многих животных и птиц в соответствии с сезонными изменениями природы. Бурый медведь спит при одной температуре, а для активных действий, поиска пищи, размножения нужна другая температура.
   Третья закономерность – взаимодействие факторов на организм. Факторы окружающей среды действуют не каждый в отдельности, а взаимно (табл. 1). Взаимодействие различных факторов окружающей среды заключается в том, что изменение интенсивности одного из них может сузить предел выносливости к другому фактору или, наоборот, увеличить его. Например, оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи. Другой пример: жара переносится легче, если воздух не влажный, а сухой. Сильный мороз без ветра человеком или животным переносится легче, в ветреную же погоду при сильном морозе очень велика вероятность обморожения.
Таблица 1. Взаимодействие факторов
   Примечание. Ощущения организмов одинаковы при разной комбинации трех факторов.

   Таким образом, температурный фактор тесно связан с фактором влажности, и действие одного можно компенсировать действием другого. Например, увядание растений от жары можно предотвратить усиленным поливом. Это важно учитывать в сельскохозяйственной и медицинской практике. Для создания комфортных условий в жарких странах используют вентиляторы или кондиционеры.
   Четвертая закономерность – правило ограничивающего (лимитирующего) фактора. Способность вида к воспроизводству особей, распространению и конкуренции не беспредельна и ограничивается тем фактором, который сильнее всего отклоняется в ту или иную сторону от оптимума. И если действие одного из факторов выходит за критические точки – пределы выносливости (рис. 1), то существование вида становится невозможным. Такой фактор и называют ограничивающим. Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Примеры ограничивающих факторов:
   1) недостаток тепла препятствует распространению некоторых видов плодовых растений на север (персик, грецкий орех);
   2) недостаток влаги или высокие температуры не позволяют распространяться организмам на юг, поэтому бывают виды тепло– и холодолюбивые (слон и белый медведь), влаго– и сухолюбивые (липа и саксаул);
   3) среди биотических ограничивающих факторов можно назвать занятость территории другим видом, более сильным конкурентом или хищником; например, птицы своим пением дают сигнал о том, что территория занята и другие должны искать новое место для гнезда;
   4) возможность культивирования средиземноморского вида инжира в Калифорнии связана с опылителем – единственным видом насекомого – осой Blastophaga psenes; таким образом, фактором, ограничивающим распространение средиземноморского вида инжира, является оса;
   5) на острове Диксон, где нет шмелей, не растут и бобовые; шмели – ограничивающий фактор для распространения бобовых на север;
   6) многие виды растений не выносят кислых почв; устранив этот фактор, мы добьемся повышения урожая и плодоношения; кислые почвы не годны для возделывания пшеницы, а из плодовых растений – вишни и т. д.;
   7) для ручьевой форели ограничивающим фактором будет концентрация кислорода в воде. При концентрации 2 мг/л происходят все процессы жизнедеятельности, а при концентрации 1,6 мг/л она гибнет.
   Итак, действие разных факторов среды на живые организмы различно по времени, природе (атмосферные, водные, физиологические) и силе воздействия (летальный, экстремальный, ограничивающий и беспокоящий факторы).
   Различна и ответная реакция организмов на действие разных по силе, длительности и природе факторов.
   Но во всех случаях ответная реакция организма носит приспособительный характер. Такие приспособительные реакции организма называются адаптацией.
   Вслед за изменившимися условиями среды происходят внутренние, а затем и внешние изменения, обеспечивающие организмам наиболее благоприятные возможности роста, развития и размножения. Этот путь приспособительных изменений отметил и обобщил Ч. Дарвин, построив на основании огромного фактического материала свою эволюционную теорию, опубликованную в 1859 году.
   Наиболее важные положения эволюционной теории Ч. Дарвина могут быть сведены к четырем основным тезисам.
   Все организмы изменчивы – это первое положение эволюционной теории Ч. Дарвина, которая объясняла, почему и как достигается соответствие между организмами и средой их обитания.
   Кроме того, что организмы изменчивы, они индивидуальны. Это значит, что не существует двух абсолютно тождественных собак, даже если они одной породы, кроликов, волков, ящериц и даже близнецов. Природа – великий творец, и каждый организм она создает заново. Абсолютно тождественными могут быть только роботы, машины, приборы и т. д.
   В основе индивидуальности лежит индивидуальный набор генов организма, который образует геном – нить ДНК, состоящую из набора нуклеотидных пар с многочисленным количеством вариантов. В настоящее время методами генной инженерии можно расшифровать генетическую структуру любого организма и «засечь» те изменения, которые сопровождают изменения среды и отражаются на структуре ДНК.
   Во времена Ч. Дарвина методы биологии были еще очень далеки от современных, чтобы подтвердить эволюционную теорию на генетическом уровне. Ученый основывался лишь на огромном фактическом материале (многочисленные наблюдения, рисунки, измерения разных видов животных и растений, проживающих в различных географических поясах и климатических зонах).
   Различия, приобретенные организмами, хотя бы частично передаются по наследству – это второе положение теории Ч. Дарвина. Сейчас мы знаем, что основа этого положения также заложена в геноме каждого организма, так как генный материал – основа наследственности. Если изменения затронули гены, эти изменения передаются следующему поколению.
   Борьба за существование и естественный отбор в природе – это третье положение теории Ч. Дарвина. Теоретически при благоприятных условиях любые организмы могут размножаться столь интенсивно, что в состоянии заполнить всю Землю, но этого не случается, так как в процессе развития многие особи погибают, выживают только сильнейшие. Все организмы борются за ресурсы среды (свет, питательные вещества), укрытия и жилища, самцы борются за самку. В результате выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные особи – слабые и плохо приспособленные погибают. Из поколения в поколение происходит отбор лучших форм природы.
   Распространенность и численность вида зависят от количества оставляемого потомства – это четвертое положение теории Ч. Дарвина. Естественно, что общая численность каждого вида зависит от того, насколько интенсивно происходит прирост количества особей за счет размножения и появления молодых. Возрастающая численность особей сопровождается распространением вида на все большие территории.
   Приведем примеры соответствия организмов среде обитания, достигнутого в ходе эволюции: пушные звери белого цвета обитают в снежных пустынях Арктики; обтекаемая, сплюснутая форма рыб характерна для них как обитателей морских глубин. Два глаза с одной стороны у камбалы – свойство, приобретенное в результате придонного образа жизни. На черном свежевспаханном поле весной мы встретим черного грача. Посмотрим на лягушку – казалось бы, как несовершенно ее тело. Как тяжело и неуклюже прыгает она на суше и в траве! Как же могла эволюция допустить существование такого беззащитного существа? Оказывается, не так уж доступна всем ветрам и невзгодам лягушачья кожа – в ней содержится бактерицидный фермент, подобный антибиотикам, который позволяет бороться с инфекцией, попавшей на эту непрочную «беззащитную» кожу.
   Итак, в результате эволюции достигается соответствие между организмами и характерной для них средой обитания. Это проявляется в сходстве строения и образа жизни организмов, обитающих в сходных условиях, если даже эти организмы принадлежат к разным ветвям эволюционного древа. Если, например, мы сравним внешний вид морских животных разных классов – рыбы акулы, птицы пингвина, млекопитающего дельфина, то поразимся их внешнему сходству, которое появилось вследствие обитания в водной среде. Такой пример эволюционного пути, когда общими свойствами наделены эволюционно далекие организмы, называется конвергентной эволюцией.
   Внешнее сходство разных организмов может быть достигнуто и другим эволюционным путем – путем параллельной эволюции. Примером может служить сходство плацентарных животных, живущих на материке, и сумчатых животных Австралии: они имеют общих предков, но, так как Австралия отделилась от материка очень давно, эволюционное развитие ее животного мира шло независимо; тем не менее эволюционный путь имел общий результат: достигнуто внешнее сходство материкового волка с сумчатым волком Австралии, древесного летуна летяги с сумчатой летягой, плацентарного и сумчатого муравьедов, обыкновенного и сумчатого кротов.
   Среда обитания – одно из ключевых понятий экологии. Факторы среды обитания: абиотические, биотические и антропогенные. При оценке влияния факторов среды на живые организмы важным оказывается интенсивность их действия: в благоприятных условиях говорят об оптимальном, а при избытке или недостатке – ограничивающем действии факторов среды (пределы выносливости). В ходе эволюции и при воздействии меняющихся факторов среды живая природа достигла большого разнообразия. Но процесс не прекратился: меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменившимся условиям окружающей среды. Эта способность организмов адаптироваться к изменению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания.
ВОПРОСЫ
   1. Дайте определение понятия среда обитания организмов, перечислите основные типы среды обитания.
   2. Перечислите факторы среды обитания, приведите примеры.
   3. Сформулируйте закон оптимума, приведите примеры.
   4. Охарактеризуйте максимум, минимум и оптимум воздействия фактора.
   5. Объясните правило ограничивающего (лимитирующего) фактора.
   6. Приведите примеры постоянно действующих и переменных факторов среды.
   7. Сформулируйте четыре основные закономерности действия факторов среды обитания.

Глава 3
Наземно-воздушная среда обитания. Атмосфера. Понятие об адаптациях

   Слоистое строение оболочек Земли и состав атмосферы; световой режим как фактор наземно-воздушной среды; адаптации организмов к различным световым режимам; температурный режим в наземно-воздушной среде, температурные адаптации; загрязнения наземно-воздушной среды

   Наземно-воздушная среда – самая сложная по экологическим условиям жизни. Жизнь на суше потребовала таких морфологических и биохимических приспособлений, которые оказались возможны лишь при достаточно высоком уровне организации как растений, так и животных. На рис. 2 изображена схема оболочек Земли. К наземно-воздушной среде можно отнести наружную часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. Атмосфера, в свою очередь, имеет довольно четко выраженное слоистое строение. Нижние слои атмосферы отображены на рис. 2. Поскольку основная масса живых существ обитает в тропосфере, именно этот слой атмосферы входит в понятие наземно-воздушной среды. Тропосфера – самая нижняя часть атмосферы. Высота ее в разных областях от 7 до 18 км, в ней содержится основная масса водяных паров, которые, конденсируясь, образуют облака. В тропосфере происходит мощное перемещение воздуха, и температура падает в среднем на 0,6 °C с поднятием на каждые 100 м.
   Рис. 2. Геосферы Земли

   Атмосфера Земли состоит из механической смеси газов, химически не действующих друг на друга. В ней происходят все метеорологические процессы, совокупность которых называется климатом. Верхней границей атмосферы условно считается 2000 км, т. е. ее высота составляет У3 часть радиуса Земли. В атмосфере непрерывно протекают различные физические процессы: изменяются температура, влажность, происходит конденсация водяных паров, возникают туманы, облака, солнечные лучи нагревают атмосферу, ионизируя ее, и т. д.
   Основная масса воздуха сосредоточена в слое 70 км. Сухой воздух содержит (в %): азота – 78,08; кислорода – 20,95; аргона – 0,93; углекислого газа – 0,03. Остальных газов очень мало. Это водород, неон, гелий, криптон, радон, ксенон – большинство инертных газов.
   Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. Он надежно защищает планету от вредного космического излучения. Под воздействием атмосферы на Земле совершаются важнейшие геологические процессы, которые в конечном итоге формируют ландшафт.
   Атмосферный воздух относится к категории неисчерпаемых ресурсов, но интенсивное развитие промышленности, рост городов, расширение исследовании космического пространства усиливают отрицательное антропогенное воздействие на атмосферу. Поэтому вопрос охраны атмосферного воздуха становится все более актуальным.
   Кроме воздуха определенного состава, на живые организмы, населяющие наземно-воздушную среду, воздействуют давление воздуха и влажность, а также солнечная радиация и температура.
   Световой режим, или солнечная радиация. Для осуществления процессов жизнедеятельности всем живым организмам необходима энергия, поступающая извне. Основным ее источником является солнечная радиация.
   Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы различно. Известно, что в спектре солнечных лучей выделяют ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области, которые, в свою очередь, состоят из световых волн разной длины (рис. 3).
   Рис. 3. Биологическое действие разных участков спектра солнечного излучения: 1 – денатурация белка; 2 – интенсивность фотосинтеза пшеницы; 3 – спектральная чувствительность глаза человека. Заштрихована область ультрафиолетового излучения, не проникающая сквозь атмосферу

   Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290–300 нм), а коротковолновые (менее 290 нм), губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20–25 км озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы 03 (см. рис. 2).
   Длинноволновые ультрафиолетовые лучи (300–400 нм), обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую и мутагенную активность. Большие дозы их вредны для организмов.
   В диапазоне 250–300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие и вызывают у животных образование антирахитного витамина Д, т. е. в небольших дозах УФЛ необходимы человеку и животным. При длине 300–400 нм УФЛ вызывают у человека загар, который является защитной реакцией кожи.
   Инфракрасные лучи (ИКЛ) с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие, не воспринимаются глазом человека и обеспечивают тепловой режим планеты. Особенно важны эти лучи для холоднокровных животных (насекомых, пресмыкающихся), которые используют их для повышения температуры тела (бабочки, ящерицы, змеи) или для охоты (клещи, пауки, змеи).
   В настоящее время изготовлено много приборов, в которых используется та или иная часть спектра: ультрафиолетовые облучатели, бытовые приборы с инфракрасным излучением для быстрого приготовления пищи и т. д.
   Видимые лучи с длиной волны 400–750 нм имеют большое значение для всех живых организмов.
   Свет как условие жизни растений. Свет совершенно необходим растениям. Зеленые растения используют солнечную энергию именно этой области спектра, улавливая ее в процессе фотосинтеза:
   В связи с разной потребностью в световой энергии у растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму обитания.
   Адаптация – это системы регулирования обменных процессов и физиологических особенностей, обеспечивающих максимальную приспособленность организмов к условиям окружающей среды.
   В соответствии с адаптациями к световому режиму растения делят на следующие экологические группы.
   1. Светолюбивые – имеющие следующие морфологические адаптации: сильноветвящиеся побеги с укороченными междоузлиями, розеточные; листья мелкие или с сильно рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или опушением, часто повернуты ребром к свету (например, акация, мимоза, софора, василек, ковыль, сосна, тюльпан).
   2. Тенелюбивые – постоянно находящиеся в условиях сильного затенения. Листья у них темно-зеленого цвета, располагаются горизонтально. Это растения нижних ярусов лесов (например, грушанки, майник двулистный, папоротники и т. д.). При недостатке света живут глубоководные растения (красные и бурые водоросли).
   3. Теневыносливые – могут переносить затенение, но хорошо растут и на свету (например, лесные травы и кустарники, растущие и в затененных местах, и на опушках, а также дуб, бук, граб, ель).
   По отношению к свету растения в лесу располагаются ярусами. Кроме того, даже у одного и того же дерева листья по-разному улавливают свет в зависимости от яруса. Как правило, они составляют листовую мозаику, т. е. располагаются таким образом, чтобы увеличить листовую поверхность для лучшего улавливания света.
   Световой режим меняется в зависимости от географической широты, времени суток и времени года. В связи с вращением Земли световой режим имеет отчетливую суточную и сезонную ритмичность. Реакция организма на смену режима освещения называется фотопериодизмом. В связи с фотопериодизмом в организме изменяются процессы обмена веществ, роста и развития.
   С фотопериодизмом у растений связано явление фототропизма – движение отдельных органов растения к свету. Например, движение корзинки подсолнуха в течение дня вслед за солнцем, раскрывание соцветий у одуванчика и вьюнка утром и закрывание их вечером, и наоборот – открывание вечером цветов ночной фиалки и душистого табака и закрывание их утром (суточный фотопериодизм).
   Сезонный фотопериодизм наблюдается в широтах со сменой времен года (умеренные и северные широты). С наступлением длинного дня (весной) в растениях наблюдается активное сокодвижение, почки набухают и раскрываются. При наступлении осеннего короткого дня растения сбрасывают листву и готовятся к зимнему покою. Необходимо различать растения «короткого дня» – они распространены в субтропиках (хризантемы, перилла, рис, соя, дурнишник, конопля); и растения «длинного дня» (рудбекия, хлебные злаки, крестоцветные, укроп) – они распространены в основном в умеренных и приполярных широтах. Растения «длинного дня» не могут развиваться на юге (они не дают семян), то же относится и к растениям «короткого дня», если их выращивать на севере.
   Свет как условие жизни животных. Для животных свет не является фактором первостепенного значения, как для зеленых растений, так как они существуют за счет энергии солнца, накопленной этими растениями. Тем не менее животным нужен свет определенного спектрального состава. В основном свет необходим им для зрительной ориентации в пространстве. Правда, не у всех животных есть глаза. У примитивных это просто фоточувствительные клетки или даже место в клетке (например, стигма у одноклеточных организмов или «светочувствительный глазок»).
   Образное видение возможно только при достаточно сложном устройстве глаза. Например, пауки могут различать контуры движущихся предметов только на расстоянии 1–2 см. Глаза позвоночных воспринимают форму и размеры предметов, их цвет и определяют расстояние до них.
   Видимый свет – это условное понятие для разных видов животных. Для человека это лучи от фиолетового до темно-красного (вспомним цвета радуги). Гремучие змеи, например, воспринимают инфракрасную часть спектра. Пчелы же различают многоцветье ультрафиолетовых лучей, но не воспринимают красных. Спектр видимого света для них сдвинут в ультрафиолетовую область.
   Развитие органов зрения во многом зависит от экологической обстановки и условий среды обитания организмов. Так, у постоянных обитателей пещер, куда не проникает солнечный свет, глаза могут быть полностью или частично редуцированы: у слепых жужелиц, летучих мышей, некоторых амфибий и рыб.
   Способность к цветовому зрению зависит также от того, дневной или ночной образ жизни ведут организмы. Собачьи, кошачьи, хомяки (которые питаются, охотясь в сумерках) все видят в черно-белом изображении. Такое же зрение и у ночных птиц – сов, козодоев. Дневные же птицы имеют хорошо развитое цветовое зрение.
   У животных и птиц также существуют приспособления к дневному и ночному образу жизни. Например, большинство копытных, медведи, волки, орлы, жаворонки активны днем, тогда как тигры, мыши, ежи, совы наибольшую активность проявляют ночью. Продолжительность светового дня влияет на наступление брачного периода, миграций и перелетов у птиц, спячки у млекопитающих и т. д.
   Животные ориентируются с помощью органов зрения во время дальних перелетов и миграций. Птицы, например, с поразительной точностью выбирают направление полета, преодолевая многие тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. Доказано, что при таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по Солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. Они способны к навигации, изменению ориентации, чтобы попасть в нужную точку Земли. Если птиц перевозят в клетках, то они правильно выбирают направление на зимовку из любой точки Земли. В сплошной туман птицы не летают, так как в процессе полета часто сбиваются с пути.
   Среди насекомых способность к такого рода ориентации развита у пчел. В качестве ориентира они используют положение (высоту) Солнца.
   Температурный режим в наземно-воздушной среде. Температурные адаптации. Известно, что жизнь есть способ существования белковых тел, поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 °C до +50 °C. Однако некоторые организмы обладают специализированными ферментными системами и приспособлены к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.
   Виды, предпочитающие холод (их называют криофилы), могут сохранять активность клеток до -8°… -10 °C. Переохлаждение способны выносить бактерии, грибы, лишайники, мхи, членистоногие. Наши деревья также не погибают при низких температурах. Важно только, чтобы в период подготовки к зиме вода в клетках растений перешла в особое состояние, а не превратилась в лед – тогда клетки погибают. Растения преодолевают переохлаждение, накапливая в своих клетках и тканях вещества – осмотики-протекторы: различные сахара, аминокислоты, спирты, которые «выкачивают» излишнюю воду, не давая ей превратиться в лед.
   Существует группа видов организмов, оптимум жизни которых – высокие температуры, их называют термофилы. Это разнообразные черви, насекомые, клещи, обитающие в пустынях и жарких полупустынях, это бактерии горячих источников. Есть источники с температурой +70 °C, содержащие живых обитателей – сине-зеленые водоросли (цианобактерии), некоторые виды моллюсков.
   Если же принимать во внимание и латентные (длительно покоящиеся) формы организмов, такие, как споры некоторых бактерий, цисты, споры и семена растений, то они могут выдерживать значительно отклоняющиеся от нормы температуры. Споры бактерий могут выдерживать нагревание до 180 °C. Многие семена, пыльца растений, цисты, одноклеточные водоросли выдерживают замораживание в жидком азоте (при -195,8 °C), а затем длительное хранение при -70 °C. После размораживания и помещения в благоприятные условия и достаточную питательную среду эти клетки могут стать вновь активными и начать размножаться.
   Временная приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом. Анабиоз может наступать у животных как при понижении температуры среды, так и при ее повышении. Например, у змей и ящериц при повышении температуры воздуха выше 45 °C наступает тепловое оцепенение. У земноводных при температуре воды ниже 4 °C жизненная активность практически отсутствует. Из состояния анабиоза живые существа могут возвратиться к нормальной жизни только в том случае, если не нарушена структура макромолекул в их клетках (в первую очередь ДНК и белков).
   Устойчивость к температурным колебаниям у наземных обитателей различна.
   Температурные адаптации у растений. Растения, будучи организмами неподвижными, вынуждены приспосабливаться к тем температурным колебаниям, которые существуют в местах их обитания. Они обладают специфическими системами, предохраняющими от переохлаждения или перегрева. Транспирация – это система испарения воды растениями через устьичный аппарат, которая спасает их от перегрева. Некоторые растения приобрели даже устойчивость к пожарам – их называют пирофитами. Пожары часто бывают в саваннах, кустарниковых зарослях. У деревьев саванн толстая кора, пропитанная огнеупорными веществами. Плоды и семена их имеют толстые, одревесневшие покровы, которые растрескиваются, когда охвачены огнем, что помогает семенам попасть в землю.
   Температурные адаптации животных. Животные, по сравнению с растениями, обладают большими возможностями приспосабливаться к изменению температуры, так как способны передвигаться, обладают мускулатурой и производят собственное внутреннее тепло. В зависимости от механизмов поддержания постоянной температуры тела различают пойкилотермных (холоднокровных) и гомойотермных (теплокровных) животных.
   Пойкилотермные – это насекомые, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Их температура тела меняется вместе с температурой окружающей среды.
   Гомойотермные – животные с постоянной температурой тела, способные ее поддерживать даже при сильных колебаниях наружной температуры (это млекопитающие и птицы).
   Основные пути температурных адаптации:
   1) химическая терморегуляция – увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды;
   2) физическая терморегуляция – способность удерживать тепло благодаря волосяному и перьевому покровам, распределению жировых запасов, возможности испарительной теплоотдачи и т. п.;
   3) поведенческая терморегуляция – способность перемещаться из мест крайних температур в места оптимальных температур. Это основной путь терморегуляции у пойкилотермных животных. При повышении или понижении температуры они стремятся изменить позу или спрятаться в тень, в нору. Пчелы, муравьи, термиты строят гнезда с хорошо регулируемой внутри них температурой.
   У теплокровных система терморегуляции значительно усовершенствовалась (хотя она слаба у детенышей и птенцов).
   Для иллюстрации совершенства терморегуляции у высших животных и человека можно привести такой пример. Около 200 лет назад доктор Ч. Блэгден в Англии поставил такой опыт: он вместе с друзьями и собакой провел 45 мин. в сухой камере при +126 °C без последствий для здоровья. Любители финской бани знают, что можно проводить в сауне с температурой более +100 °C некоторое время (для каждого – свое), и это полезно для здоровья. Но мы также знаем, что, если держать при такой температуре кусок мяса, он сварится.
   При действии холода у теплокровных усиливаются окислительные процессы, особенно в мышцах. Вступает в действие химическая терморегуляция. Отмечается мышечная дрожь, приводящая к выделению дополнительного тепла. Особенно усиливается обмен липидов, так как в жирах содержится значительный запас химической энергии. Поэтому накопление жировых запасов обеспечивает лучшую терморегуляцию.
   Усиленное производство теплопродукции сопровождается потреблением большого количества пищи. Так, птицам, остающимся на зиму, нужно много корма, им страшны не морозы, а бескормица. При хорошем урожае ели и сосны клесты, например, даже зимой выводят птенцов. У людей – жителей суровых сибирских или северных районов – из поколения в поколение вырабатывалось высококалорийное меню – традиционные пельмени и другая калорийная пища. Поэтому, прежде чем следовать модным западным диетам и отвергать пищу предков, нужно вспомнить о существующей в природе целесообразности, лежащей в основе многолетних традиций людей.
   Эффективным механизмом регуляции теплообмена у животных, как и у растений, является испарение воды путем потоотделения или через слизистые оболочки рта и верхних дыхательных путей. Это пример физической терморегуляции. Человек при сильной жаре может выделить до 12 литров пота в день, рассеивая при этом тепла в 10 раз больше нормы. Выделяемая вода частично должна возвращаться через питье.
   Теплокровным животным, так же как и холоднокровным, свойственна поведенческая терморегуляция. В норах живущих под землей животных колебания температур тем меньше, чем глубже нора. В искусно построенных гнездах пчел поддерживается ровный, благоприятный микроклимат. Особый интерес представляет групповое поведение животных. Например, пингвины в сильный мороз и буран образуют «черепаху» – плотную кучу. Те, кто оказался с краю, постепенно пробираются внутрь, где поддерживается температура около +37 °C. Там же, внутри, помещаются и детеныши.
   Таким образом, для того чтобы жить и размножаться в определенных условиях наземно-воздушной среды, у животных и растений в процессе эволюции выработались самые разнообразные приспособления и системы соответствия этой среде обитания.
   Загрязнения наземно-воздушной среды. В последнее время все более значительным внешним фактором, изменяющим наземно-воздушую среду обитания, становится антропогенный фактор.
   Атмосфера, как и биосфера, имеет свойство самоочищения, или сохранения равновесия. Однако объем и скорость современных загрязнений атмосферы превосходят природные возможности их обезвреживания.
   Во-первых, это природное загрязнение – различная пыль: минеральная (продукты выветривания и разрушения горных пород), органическая (аэропланктон – бактерии, вирусы, пыльца растений) и космическая (частицы, попадающие в атмосферу из космоса).
   Во-вторых, это искусственные (антропогенные) загрязнения – промышленные, транспортные и бытовые выбросы в атмосферу (пыль цементных заводов, сажа, различные газы, радиоактивное загрязнение, пестициды).
   По приблизительным подсчетам, в атмосферу за последние 100 лет выброшено 1,5 млн. т мышьяка; 1 млн. т никеля; 1,35 млн. т кремния, 900 тыс. т кобальта, 600 тыс. т цинка, столько же меди и других металлов.
   Химические предприятия выбрасывают углекислый газ, окись железа, оксиды азота, хлор. Из пестицидов особенно токсичны фосфорорганические соединения, из которых в атмосфере получаются еще более токсичные.
   В результате выбросов в городах, где снижено ультрафиолетовое излучение и наблюдается большое скопление людей, происходит деградация воздушного бассейна, одним из проявлений которой является смог.
   Смог бывает «классический» (смесь токсичных туманов, возникающих при незначительной облачности) и «фотохимический» (смесь едких газов и аэрозолей, которая образуется без тумана в результате фотохимических реакций). Наиболее опасен лондонский и лос-анджелесский смог. Он поглощает до 25 % солнечного излучения и 80 % ультрафиолетовых лучей, от этого страдает городское население.
   Наземно-воздушная среда является самой сложной для жизни организмов. Физические факторы, ее составляющие, очень разнообразны: свет, температура. Но организмы приспособились в ходе эволюции к этим меняющимся факторам и выработали системы адаптации для обеспечения чрезвычайной приспособленности к условиям обитания. Несмотря на неисчерпаемость воздуха как ресурса окружающей среды, качество его стремительно ухудшается. Загрязнение воздуха – самая опасная форма загрязнения окружающей среды.
ВОПРОСЫ
   1. Объясните, почему наземно-воздушная среда является самой сложной для жизни организмов.
   2.Приведите примеры адаптации у растений и животных к высоким и низким температурам.
   3.Обоснуйте, почему температура оказывает сильное влияние на жизнедеятельность любых организмов.
   4.Проанализируйте, как свет влияет на жизнедеятельность растений и животных.
   5.Охарактеризуйте, что такое фотопериодизм.
   6.Докажите, что различные волны светового спектра по-разному воздействуют на живые организмы, приведите примеры.
   7.Перечислите, на какие группы подразделяются живые организмы по способу использования энергии, приведите примеры.
   8.Прокомментируйте, с чем связаны сезонные явления в природе и как на них реагируют растения и животные.
   9.Объясните, почему загрязнение наземно-воздушной среды представляет наибольшую опасность для живых организмов.

Глава 4
Вода в природе. Водная среда обитания

   Распределение воды в гидросфере: виды, формы, запасы воды; вода как компонент внутренней среды организмов и свойства воды как среды обитания; круговорот воды и использование ее человеком; загрязнение водоемов и пути охраны водных ресурсов

   Виды, формы, запасы воды. Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле. Ее мировые запасы составляют жидкая (соленая и пресная), твердая (пресная) и газообразная (пресная) вода. Все воды Земли образуют гидросферу, площадь которой занимает 70 % всей поверхности Земли. В состав гидросферы входят: Мировой океан, подземные воды, ледники, озера, почвенная влага, пары атмосферы, речные воды. Наибольшие запасы соленой воды сосредоточены в Мировом океане, пресной – в ледниках.
   Вода непрерывно перемещается по Земле. Пути ее перемещения – общая циркуляция в атмосфере, морские течения и речной сток. Скорость водообмена колеблется в различных частях гидросферы. Медленнее всего возобновляются подземные воды (около 5000 лет), а обмен речных происходит 32 раза в течение года. Поэтому очень важна проблема загрязнения подземных вод (например, в результате подземных ядерных взрывов). Загрязнив один раз, мы не сможем их обновить раньше чем через 5000 лет.
   Доступная пресная вода, необходимая для растительного и животного мира, физиологических потребностей и хозяйственной деятельности людей, составляет лишь 2 % гидросферы, при этом распределена она по континентам крайне неравномерно – ее много в ледниках и мало в засушливых районах Африки и Азии.
   Вода – это специфическая среда обитания для большой группы живых организмов. Жизнь возникла в воде, вода входит в состав живых тел и является той средой, где в любом организме протекают все биохимические реакции. Вода составляет основную часть цитоплазмы клеток, растительных соков, жидких тканей животных (табл. 2).
   Концентрация солей в воде определяет осмотическое давление тканей, через водную среду происходят контроль и регуляция содержания макро– и микроэлементов в цитоплазме.
Таблица 2. Содержание воды в тканях различных организмов
   Укажем физиологическое значение некоторых микроэлементов, ионы которых растворены в воде:
   Са, Si – образуют основу скелетных структур; S – составная часть аминокислот; Со – входит в состав витаминов (В12); Cu, Fe, Mg – входят в состав дыхательных ферментов и хлорофилла; J, Zn и др. – необходимы для работы некоторых гормонов.
   Недостаток или избыток микроэлементов в воде может вызывать различные эндемические заболевания. Содержание воды и растворенных в ней минеральных элементов непостоянно. Организм все время расходует воду и получает ее вновь из окружающей среды.
   Кроме всего прочего, вода – единственный источник кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза: он образуется при фотохимическом разложении воды, в котором используется энергия солнечного света.
   Серьезные нарушения в организме может вызвать обезвоживание. Некоторые растения и животные теряют воду только в периоды покоя. Для большинства же растений и животных потеря значительного количества влаги губительна. Так, у многих млекопитающих, в том числе и у человека, при снижении содержания воды в организме на 10 % возникают тяжелые болезненные явления, а потеря 20–30 % влаги обычно заканчивается смертью.
   Многие животные и растения постоянно живут в воде, и в этом случае для их существования огромное значение имеют физические свойства водной среды.
   Свойства водной среды обитания. Рассмотрим факторы водной среды, действующие на водных обитателей.
   Прежде всего это плотность водного слоя. Это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Дистиллированная вода имеет плотность 1 г/см3 при +4 °C. Плотность природных вод, содержащих соли, может быть больше – до 1,35 г/см3 и более. Плотность воды обеспечивает организмам возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяются в особую экологическую группу гидробионтов – планктон. Обитатели дна образуют особую группу – бентос. Следующие важные показатели для существующих в воде организмов – это подвижность, светопроницаемость (или мутность), давление, а также кислотность (значение водородного показателя – рН). В глубине температура практически постоянна (+4 °C).
   Все эти свойства водной среды во многом определяют форму тела и строение скелета, соответствующее водной среде строение органов чувств и другие особенности анатомии и физиологии водных обитателей.
   Еще один фактор, важнейший для водной среды, – кислородный режим. Важное условие существования жизни в воде – растворенный в воде кислород, необходимый для дыхания водных растений и животных. Содержание кислорода в воде в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Кислород поступает в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей. Верхние слои водной толщи богаче кислородом, чем нижние.
   Некоторые водные обитатели способны переносить значительные колебания содержания кислорода в воде (карась, сазан); другие виды (радужная форель, кумжа, гольян) могут существовать только в водоемах, насыщенных кислородом.
   Нехватка кислорода иногда приводит к катастрофическим явлениям – заморам – с гибелью гидробионтов. Кроме недостатка кислорода в водоеме, заморы могут быть вызваны повышением концентрации токсичных газов – метана, сероводорода, углекислого газа и других, образующихся в результате разложения органических остатков на дне водоема.
   Таким образом, вода – это и внутренняя среда большинства организмов, и внешняя среда для многих из них.
   Круговорот воды. Для обеспечения устойчивости экосистем чрезвычайно важны циклические превращения элементов, а также участие веществ в биологических и биогеохимических круговоротах. В биосфере в такой круговорот вовлечена и вода. Происходит это следующим образом. Вода выпадает на поверхность земли в виде осадков, образующихся в результате испарения Мирового океана (рис. 4). При испарении в атмосфере накапливается водяной пар, который, конденсируясь, образует облака и, наконец, дождь или снег, выпадающие на землю; затем часть осадков снова испаряется с поверхности земли; часть проникает в почву, поглощается растениями и испаряется ими в процессе транспирации; часть посачивается в глубокие слои почвы и пополняет подземные воды, а часть осадков стекает в водоемы (реки, озера) и оттуда также испаряется в атмосферу. Растительность на поверхности земли играет роль грандиозного испарителя, имеет водорегулирующее значение, способствует удержанию влаги и препятствует иссушению и эрозии почв.
   Рис. 4. Схема круговорота воды в биосфере (Цифры даны в тыс. км3 в год)

   Вода как среда обитания растений. Вода накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру растений. Среди растений различают гигрофиты и гидрофиты. Гигрофиты – растения, живущие в условиях повышенной влажности, произрастающие на болотах или в мангровых лесах и требующие для нормальной жизнедеятельности большого количества воды (осока, камыш, рогоз, сфагнум, растения влажных джунглей и т. д.). Гидрофиты – водные растения, живущие либо полностью погруженными в воду (водоросли), либо на ее поверхности находятся листовые пластинки, а остальная часть находится в воде (кувшинки, элодея, Виктория регия, ряска, водоросли, сальвиния – водяной папоротник и т. д.). Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет водорослей меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.
   Вода как среда обитания животных. Животные, постоянно обитающие в воде, адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие слизи и чешуи для уменьшения трения. Для ориентации в условиях недостатка света организмы используют звук. В воде он распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий и пищи многие организмы используют отраженный звук по типу эхолокации. К водным животным относят рыб, водных млекопитающих (киты, дельфины), водных членистоногих (крабы, омары), моллюсков (кальмары, осьминоги, жемчужницы) и т. д.
   Использование воды человеком. Человечество потребляет огромное количество пресной воды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит 70 % всей воды, используемой в промышленности. Но все же главный потребитель пресной воды – сельское хозяйство, забирающее 60–80 % пресной воды, используемой человеком.
   Вода – необходимый компонент жизнедеятельности человека. Как человек использует воду?
   Вода – универсальный растворитель, все биохимические и обменные реакции в живом организме протекают с ее участием.
   1. В сутки человек должен выпивать от 0,5 до 2 л воды.
   2. Вода необходима для поддержания гигиены тела, жилища, улицы.
   3. В теплоцентралях городов и поселков циркулирует вода.
   4. Минеральные воды употребляют внутрь и для ванн, используя их целебные свойства.
   5. Горячая вода термальных источников идет для обогрева жилья, парников, теплиц, выработки электроэнергии.
   Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий все более усложняют проблему обеспечения водой. Потребности в воде огромны, и расходы ее с каждым годом возрастают. Так, если на бытовые нужды в домах без канализации человек потребляет в сутки около 50 л воды, то в современных зданиях расход воды на 1 человека в день составляет 200–500 л.
   Большая часть воды после ее использования в хозяйственных нуждах возвращается в реки в виде сточных вод. Дефицит пресной воды уже сейчас становится проблемой, недостаток воды уже ощущают такие страны, как ФРГ, Франция, Англия, Бельгия и другие (всего более 50 стран). Некоторые африканские страны импортируют пресную воду в виде айсбергов.
   Источники пополнения питьевой воды. Открытые водоемы – реки, озера, родники. Для получения питьевой воды из этих источников требуется дополнительная очистка.
   Атмосферные осадки – почти дистиллированная вода, в которой нет необходимых микроэлементов. Кроме того, при прохождении над населенными пунктами осадки загрязняются пылью, грязью, газами, различными микроорганизмами. В результате для питья такая вода не годится.
   Артезианские воды, образующиеся из подземных вод, – как правило, это чистая вода, но отличающаяся повышенной жесткостью. Даже артезианская вода может быть загрязнена через трещины в земных породах, заброшенные шахты и т. д.
   Человека волнует проблема качества воды, которую он употребляет, так как это одна из составляющих экологического здоровья населения. Основные «средовые» болезни идут от загрязнения атмосферы и воды. Через воду могут передаваться возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холеры, дизентерии, туляремии). Вода также может быть источником заражения гельминтами и малярией. Если в какой-то местности в воде не хватает йода, то жители местности страдают эндемическим зобом. Избыток фтора в воде вызывает эндемический флуороз, т. е. зубы и кости человека становятся хрупкими, поражается костно-связочный аппарат, а недостаток фтора увеличивает поражаемость зубов кариесом, в основном у детей.
   Загрязнение морских вод. Качество используемой человеком воды резко снизилось из-за сбросов химических предприятий, бытовых отбросов и других загрязнителей в пресные и морские воды. В результате поступления в воды морей и Мирового океана значительного количества ядовитых и антропогенных отходов уменьшаются самоочистительные свойства морских вод, снижается их биологическая продуктивность. Различают три вида загрязнения морских вод: химическое, загрязнение бытовыми отбросами, радиоактивное.
   Химические загрязнители – это в основном нефть и нефтепродукты, попавшие в море в результате бурения скважин или аварий танкеров.
   Загрязнение бытовыми отбросами приводит к возникновению инфекционных заболеваний у купальщиков, изменению водной флоры и фауны.
   Радиоактивное загрязнение – это такое загрязнение, при котором концентрация радионуклидов, накапливаемая планктонными организмами, в несколько раз превышает радиоактивность воды; источники загрязнений: отходы атомных подводных лодок, заводы для очистки урановой руды, атомные электростанции.
   Загрязнение внутренних водоемов. Вследствие бурного развития промышленности исчезают полноводные реки, озера, резко меняется их солевой состав. Так, воду Рейна нельзя использовать для питья, этой водой опасно даже чистить зубы, так как концерны Германии и Франции сбрасывают туда неочищенные отходы. В сточную канаву превращена река Везер, насыщены отравляющими веществами воды Эльбы. В Англии загрязнены почти все реки. Ни одна из рек Москвы не соответствует санитарным нормам.
   Вредными загрязнителями внутренних вод являются фенол и его производные, а также поверхностно-активные вещества, содержащиеся в современных моющих средствах. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, поступающими с полей с дождевыми и талыми водами.
   Пути охраны водных ресурсов – внедрение новых технологических процессов, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где сточные воды не сбрасываются, а используются многократно.
   В настоящее время очистка сточных вод проводится механическими, химическими и биологическими методами.
   При механическом методе используют систему отстойников и разного рода ловушек (сита, решетки, песколовки, жироловки и т. д.).
   При химическом методе в сточные воды добавляют реагенты, образующие с загрязнителями нерастворимый осадок.
   При биологическом методе для минерализации органических загрязнителей используют аэробные (т. е. протекающие в кислородной среде) биологические процессы, осуществляемые микроорганизмами. Так, на сахарных заводах сточные воды очищают с помощью одноклеточной зеленой водоросли хлореллы. Создаются специально подготовленные участки – поля орошения, биологические фильтры. Этот метод дает наилучший результат.
   На земледельческих полях орошения загрязненная вода фильтруется через почву, при этом накапливается значительное количество ценных органических удобрений.
   Вода – главная составная часть гидросферы, основной средообразующий компонент, неотъемлемая часть живого вещества. Несмотря на большие запасы пресных вод на Земле, дефицит их для человека и многих экосистем реален. Истощая и загрязняя воды, человек не только лишает себя данного ресурса, но и разрушает среды жизни многих организмов, нарушает свойственные им связи.
ВОПРОСЫ
   1. Приведите примеры особенностей водной среды обитания и характерные черты обитателей.
   2. Обоснуйте, чем опасно для живых организмов загрязнение водной среды обитания, приведите примеры.
   3. Поясните, какое значение в жизни любого организма имеет вода, ответ подтвердите примерами.
   4. Докажите, что вода служит наиболее жестким ограничивающим фактором.
   5. Прокомментируйте, является ли вода неисчерпаемым ресурсом.
   6. Назовите, где сосредоточены запасы доступной и недоступной пресной воды.
   7. Охарактеризуйте круговорот воды в природе.

Глава 5
Почва как среда обитания. Организм как среда обитания

   Почва как среда обитания; строение и составные компоненты почвы; загрязнение почвы; гигиеническое значение почвы; организм как среда обитания; явление паразитизма

   Почва как среда обитания. Почва обеспечивает биогеохимическую среду для человека, животных и растений. В ней идет накопление атмосферных осадков, концентрируются элементы питания растений, она является фильтром и обеспечивает чистоту подземных вод.
   В.В. Докучаев, родоначальник научного почвоведения, внес значительный вклад в изучение почв и процессов почвообразования, создал классификацию русских почв и дал описание русского чернозема. Представленная В.В. Докучаевым во Франции первая почвенная коллекция имела огромный успех. Он, являясь также автором картографии русских почв, дал окончательное определение понятию «почва» и назвал ее образующие факторы. В.В. Докучаев писал, что почва – это верхний слой земной коры, обладающий плодородием и образовавшийся под действием физических, химических и биологических факторов.
   Толщина почвы колеблется от нескольких сантиметров до 2,5 м. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении различных форм жизни.
   Почва состоит из твердых частиц, окруженных смесью газов и водными растворами. Химический состав минеральной части почвы определяется ее происхождением. В песчаных почвах преобладают соединения кремния (SiO2), в известковых – соединения кальция (СаО), в глинистых – соединения алюминия (Al2O3).
   В почве сглажены температурные колебания. Осадки задерживаются почвой, благодаря чему поддерживается особый режим влажности. В почве сконцентрированы запасы органических и минеральных веществ, поставляемые отмирающими растениями и животными.
   Обитатели почвы. Здесь создаются условия, благоприятные для жизни макро– и микроорганизмов.
   Во-первых, здесь сосредоточены корневые системы наземных растений. Во-вторых, в 1 м3 почвенного слоя находится 100 млрд. клеток простейших, коловраток, миллионы нематод, сотни тысяч клещей, тысячи членистоногих, десятки дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных; 1 см3 почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актино-мицетов и других микроорганизмов. В освещенных слоях почвы обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых и сине-зеленых водорослей. Таким образом, почва чрезвычайно насыщена жизнью. Распределена она неодинаково в вертикальном направлении, поскольку имеет выраженное слоистое строение.
   Различают несколько почвенных слоев, или горизонтов, из которых можно выделить три основных (рис. 5): гумусовый горизонт, горизонт вымывания и материнская порода.
   Рис. 5. Основные почвенные слои

   В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, сильно различающиеся в зависимости от климатических зон и состава растительности.
   Влажность – важный и часто меняющийся показатель почвы. Он очень важен для земледелия. Вода в почве бывает парообразная и жидкая. Последняя делится на связанную и свободную (капиллярная, гравитационная).
   В почве содержится много воздуха. Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает содержание кислорода и возрастает концентрация CO2. В связи с присутствием органических остатков в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, метан и др.
   Для сельского хозяйства, кроме влажности и наличия в почве воздуха, необходимо знать и другие показатели почвы: кислотность, количество и видовой состав микроорганизмов (почвенная биота), структурный состав, а в последнее время и такой показатель, как токсичность (генотоксичность, фитотоксичность) почв.
   Итак, в почве взаимодействуют следующие компоненты: 1) минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух; 2) детрит – отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных; 3) множество живых организмов.
   Гумус – питательный компонент почвы, образуется при разложении растительных и животных организмов. Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после смерти растительных организмов все эти элементы вновь возвращаются в почву. Там почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки до минеральных компонентов, превращая их в доступную для всасывания корнями растений форму.
   Таким образом, происходит постоянный круговорот веществ в почве. В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии.
   Загрязнение почвы и эрозия. Но человек все больше нарушает это равновесие, происходят эрозия и загрязнение почв. Эрозия – это разрушение и смыв плодородного слоя ветром и водой из-за уничтожения лесов, многократной распашки без соблюдения правил агротехники и т. д.
   В результате производственной деятельности человека происходит загрязнение почв излишними удобрениямии ядохимикатами, тяжелыми металлами (свинцом, ртутью), особенно вдоль автострад. Поэтому нельзя собирать ягоды, грибы, растущие вблизи дорог, а также лекарственные травы. Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем и другими металлами, их концентрации во много раз превышают предельно допустимые.
   Много радиоактивных элементов в почвах районов АЭС, а также вблизи научно-исследовательских учреждений, где изучают и используют атомную энергию. Очень велики загрязнения фосфорорганическими и хлорорганическими токсичными веществами.
   Одним из глобальных загрязнителей почвы являются кислотные дожди. В атмосфере, загрязненной диоксидами серы (SO2) и азота, при взаимодействии с кислородом и влагой образуются аномально высокие концентрации серной и азотной кислот. Кислые осадки, выпадающие на почву, имеют рН 3–4, тогда как нормальный дождь имеет рН 6–7. Кислотные дожди вредны для растений. Они закисляют почву и нарушают тем самым происходящие в ней реакции, в том числе реакции самоочищения.
   Гигиеническое значение почвы. Почву издавна используют для обеззараживания и утилизации отбросов, образуемых человеком в процессе жизнедеятельности. Но загрязненная почва может стать источником инфекционных, инвазионных и других заболеваний.
   Для развития большинства патогенных бактерий почвенная среда неблагоприятна, там они сравнительно быстро погибают.
   Возбудители брюшного тифа, чумы, дизентерии, туберкулеза, вирус полиомиелита живут в почве от нескольких часов до нескольких месяцев, а такие спорообразующие болезнетворные микробы, как бациллы столбняка, сибирской язвы, газовой гангрены, могут жить в почве несколько лет.
   Поступление воздуха в почву имеет огромное гигиеническое значение, так как все окислительные процессы с участием аэробных бактерий, живущих в почве, требуют достаточного количества кислорода. Процессы распада могут происходить и в анаэробных (без участия кислорода) условиях.
   Разложение органических остатков и самоочищение почвы происходит в два этапа – через минерализацию и нитрификацию.
   Минерализация осуществляется под действием ферментов, выделяемых микробами и грибами. В анаэробных условиях процессы гниения и брожения идут с выделением зловонных газов: аммиака, сероводорода, метана. В процессе минерализации гибнут возбудители инфекционных заболеваний, а яйца глистов становятся нежизнеспособными.
   Нитрификация осуществляется аэробными нитрифицирующими бактериями. Конечные продукты минерализации и нитрификации переходят в химические соединения, которые используют для питания растения.
   В заключение нужно сказать, что по ряду экологических особенностей почва является промежуточной между водной и воздушной средой. Общим с водной средой является температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, а с воздушной – наличие почвенного воздуха.
   Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных позволяют предполагать, что она играла особую роль в эволюции животного мира и послужила той средой, через которую многие водные животные перешли к наземному образу жизни.
   Организм как среда обитания. Организм тоже может быть средой обитания для других живых организмов, как симбионтов, так и паразитов. Паразиты живут в условиях неограниченного запаса пищи. Организм хозяина служит также и комфортным жилищем, так как им не грозит высыхание, нет резких перепадов температур. Наиболее слабое звено в жизни паразитов – это перенос от одного хозяина к другому в случае гибели последнего. Высокая плодовитость паразитов и использование промежуточных хозяев компенсируют это. Человек использует различные методы для прямого уничтожения паразитов, а также для ограничения их численности. Симбионты, в отличие от паразитов, не только получают полезные вещества от хозяина, но и отдают ему витамины, некоторые питательные компоненты.
   На планете организмы освоили четыре среды обитания, которые сильно отличаются по специфике условий. Водная среда была первой средой, в которой зародилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, затем создали и заселили почву. Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет целый мир для населяющих его паразитов и симбионтов. Среды обитания могут быть разнообразными, и соответственно у обитателей в ходе эволюции вырабатываются различные приспособления – адаптации.
ВОПРОСЫ
   1. Приведите примеры особенностей почвы как среды обитания и характерные черты обитателей.
   2. Проанализируйте, что общего между почвой, водной и наземно-воздушной средами обитания.
   3. Объясните, почему почва является наиболее насыщенной жизнью средой обитания, приведите примеры.
   4. Обоснуйте, чем опасно для живых организмов загрязнение почвенной среды обитания, приведите примеры.
   5. Охарактеризуйте организм как среду обитания других организмов, объясните. Кто такие паразиты и симбионты?
   6. Поясните, что такое эрозия почв.

Глава 6
Популяции, их структура и основные характеристики

   Что такое популяции; о пространственной, возрастной и половой структуре популяций; важнейшие демографические характеристики: общая численность, рождаемость и смертность, продолжительность жизни, характер роста

   Общий курс биологии (ботаника, зоология) дает некоторое представление о большом разнообразии организмов, населяющих нашу планету. Благодаря ученым-систематикам во всем многообразии растительного и животного мира установлен определенный порядок: растения и животные, имеющие общие признаки, объединены в родственные группы, называемые видами, родами, семействами, классами, типами и, наконец, царствами – это царства растений, животных, бактерий, простейших и грибов.
   Число представителей одних видов (например, насекомых, бактерий) во много раз, даже на порядки величин отличается от численности других видов (например, хищных млекопитающих или растений), среди которых встречаются виды, насчитывающие единичные особи, так называемые реликтовые вид ы).
   Но в основном живые организмы существуют не в единственном числе, а группами, занимая определенную территорию. Каждый вид занимает какое-то пространство, которое называется ареалом распространения вида. Разные части ареала отличаются друг от друга по условиям существования. Например, лисица обыкновенная обитает на огромных пространствах Евразии и Северной Америки. Условия обитания лисицы в зоне тундры и пустынях или полупустынях будут различными. Кроме того, группировки особей, обитающих в тундре и полупустынях, оказываются полностью изолированными и никогда не скрещиваются между собой.
   Такие группы особей одного вида с общим генофондом, общей морфологией и единым жизненным циклом называют популяцией.
   Белки могут заселять леса различного типа: елово-пихтовые насаждения, дубравы и сосновые боры. В этом случае можно говорить о трех экологических популяциях белки: елово-пихтовой, дубравной, сосновой.
   Все особи карася, обитающего в одном озере, все березы или все ели в смешанном лесу образуют популяцию. В первобытном обществе все особи человека (Homo sapiens) образовывали племя. Понятие «племя» встречается и в более поздних социальных общностях человека. Например, племена индейцев, несмотря на большое внешнее сходство, имели разные поведенческие установки. В некоторых из них существовал запрет на браки между членами разных племен. Жившие в Древней Руси племена русичей, вятичей, смолян, древлян различались между собой не только тем, что проживали на разных территориях, но и всем укладом жизни. Такие обособленные группы человека можно назвать популяцией.
   Академик С. С. Шварц и его последователи считают, что в природе границы популяции и ее размеры определяются не столько свойствами территории, заселенной данным видом растений или животных, сколько свойствами самой популяции.
   Основными характеристиками популяции являются, во-первых, генетическое единство популяции, а во-вторых, фенотипическая общность особей. Кроме того, для каждой популяции характерны своя пространственная, половая и возрастная структуры, динамика численности и другие демографические показатели, на которых следует остановиться более подробно.
   Пространственная структура популяций. Рациональное использование ресурсов среды популяций достигается упорядоченным размещением особей на занимаемом участке.
   Большинство популяций имеет постоянную территорию и временные поселения. Постоянную территорию называют ядром популяции, а временные поселения занимают микропопуляции, которые образуются при возрастании численности популяции в годы, наиболее благоприятные для размножения.
   Например, хлопковая моль на полях хлопчатника – это ядро популяции, а на соседних посевах кенафа, канатника, диких мальвовых растениях – временные поселения моли.
   В понятие пространственной структуры входит и так называемая социальная организация. Для нее свойствен определенный стереотип поведения, она регламентирует использование пространства и пищи.
   Различают два типа социальной организации популяций: одиночную (семейную) и групповую.
   При одиночной (семейной) организации территория принадлежит одной семье (самец, самка и их потомство). Члены семейства могут метить и строго охранять границы этой территории. Такой образ жизни характерен для сидячих водных форм (некоторые иглокожие, а также раки-отшельники, крабы-норники, осьминоги), некоторых бабочек, хищных рыб, одиноких роющих ос, многих грызунов и млекопитающих. У многих животных индивидуальные участки сохраняются в течение всех сезонов и на протяжении всей жизни (сидячие формы, дятлы, ночные пернатые хищники).
   Для других животных и растений характерно групповое использование пространства. Такие животные образуют стада, стаи или колонии. Часто таким образом обеспечиваются более благоприятные условия микроклимата: повышенная температура сохраняется в муравейниках и поселениях пчел, пингвины образуют «черепаху» во время буранов и т. д. Все особи в группе сообща выступают в борьбе с врагом и вырабатывают специальную систему сигналов (свист сусликов, постукивание лап зайцеобразных, тревожные крики птиц), которыми оповещают об опасности всех членов поселения (колонии).
   Колониями являются и гнездовья птиц с тесно расположенными гнездами (например, пеликаны, бакланы, чайки, пингвины). В таких поселениях обеспечивается не только защита от врагов и микроклимат, но часто и выкармливание потомства (как у морских котиков). У некоторых колониальных организмов в процессе эволюции сформировалась специализация отдельных особей, которую можно наблюдать у пчел (рабочие, самки, трутни), муравьев (рабочие, сторожа, няньки) и т. д. Стаями живут многие насекомые (саранча), рыбы (сельдеобразные, тресковые образуют косяки), млекопитающие (копытные, ластоногие). На период размножения стада или стаи могут распадаться на более мелкие группы – кланы и прайды.
   
Купить и читать книгу за 164 руб.

Вы читаете ознакомительный отрывок. Если книга вам понравилась, вы можете купить полную версию и продолжить читать