Организм как среда жизни

Тема 3. Понятие среды обитания, структура природной среды

В биосфере (глобальной экосистеме Земли) выделяют четыре среды обитания живых организмов: водная, наземно-воздушная, почвенная, тело другого организма.

Гидросфера

В понятие гидросферы включают все типы водоемов. В ней выделяют Мировой океан, континентальные воды и подземные воды.

Основная масса воды сосредоточена в водоемах океанического типа (71% поверхности Земли занимает Мировой океан, 5% - внутренние водоемы). В составе гидросферы океан составляет 94%, подземные воды - 4,1%, ледники - 1, 6%, озера - 0,016%, почвенная влага - 0,005%, пары атмосферы - 0,001%, а речные воды составляют лишь 0,0001%.

По мнению большинства современных ученых, жизнь зародилась в океане, свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни. В частности, набор химических элементов, а нередко и количественное соотношение отдельных ионов в тканях живых организмов, близки к составу морской воды даже у наземных животных и растений.

Большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды.

Плотность воды примерно в 800 - 1000 раз выше плотности воздуха. В результате водные организмы (особенно активно передвигающиеся животные) сталкиваются с достаточно мощными силами гидродинамического сопротивления, что направило эволюцию многих групп животных на формирование органов и типов движения, снижающих лобовое сопротивление.

В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, характерной для наземных форм и вызванной силами гравитации.

В толще Мирового океана сложились комплексы живых организмов, свободно "парящих" в воде и самостоятельно поддерживающих круговорот веществ. Благодаря этому жизнь распространена в гидросфере по всей ее толщине, встречаясь даже в самых глубоководных океанических впадинах - на глубине до 11 км, где давление достигает 100 атм (1*10⁸ Па).

В соответствии со структурным делением водоемов на бенталь (область дна) и пелагиаль (толща воды), все водные организмы принято делить на бентос и пелагос. Эти сообщества содержат пассивно парящие в толще воды формы - планктон, и активно плавающих животных - нектон. Водная оболочка Земли отличается довольно низким содержанием растворенного в ней кислорода. Для крупных животных, размеры тела которых не позволяют дышать путем прямого проникновения кислорода через поверхность тела, эти условия послужили стимулом к развитию дыхательной системы с большей, чем у наземных организмов, эффективностью газообмена.

Специфическая черта гидросферы заключается в отчетливом вертикальном градиенте биогенного круговорота веществ. Верхние слои водоемов составляет эуфотическая зона (зона деятельности фотосинтезирующих растений, определяющаяся глубиной проникновения солнечного света достаточной интенсивности) глубиной около 200 м.

Все сообщества организмов последующих, более глубоких слоев, прямо или опосредованно используют органические вещества, синтезированные в этой зоне.

Таким образом, все население толщи водной среды от поверхности до самых глубоких участков дна представляет собой единую трофическую систему.

Атмосфера

Современная атмосфера по химическому составу относится к азотно-кислородному типу (азота 78,09%, кислорода 20,95%, аргона 0,93%, углекислого газа 0,03%, неона 0,0018%, гелия 0,00052%, метана 0,00015%). Своеобразие состава современной атмосферы Земли выражается в ничтожном содержании инертных газов (кроме аргона) и молекулярного водорода).

Свойства газовой оболочки Земли неодинаковы по вертикали. В частности, большое значение имеет высотное падение атмосферного давления, т.к. процессы фотосинтеза и дыхания зависят соответственно от величины парциального давления кислорода и углекислого газа в среде.

Не вполне одинаков и газовый состав на разных высотах, с чем связано деление атмосферы на гомосферу и гетеросферу (граница проходит на высоте примерно 100 км). Выше границы их раздела нарастает ионизация газов за счет фотодиссоциации, в составе атмосферы увеличивается содержание свободных атомов, возрастает летучесть, часть вещества теряется в окружающем космическом пространстве.

Процесс фотодиссоциации лежит и в основе возникновения озона из молекулярного кислорода. Озоновый слой располагается на высоте 10 - 100 км (максимум содержания О₃ на высоте около 20 км). Озоновый экран имеет огромное значение для сохранения жизни на Земле: в слое озона поглощается большая часть идущего от Солнца ультрафиолетового излучения (его коротковолновая составляющая - "жесткое ультрафиолетовое излучение", наиболее губительное для живых организмов). До поверхности доходит только мягкая часть потока УФ-излучения с длиной волны около 300 - 400 нм, относительно безвредных, а по некоторым параметрам необходимых для нормального развития и функционирования живых организмов.

Воздух как среда жизни обладает особенностями, направляющими эволюционное развитие обитателей этой среды. Так, высокое содержание кислорода определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма (обмена веществ между организмом и средой). Не случайно именно в этой среде возникли гомойотермные животные (организмы, поддерживающие температуру тела на постоянном, не зависящем от среды уровне - птицы, млекопитающие), отличающиеся высоким уровнем энергетики организма, большой степенью автономности относительно внешних условий. Кроме того, атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью, что ограничило возможности освоения воздушной среды, а у ее обитателей направило эволюцию системы водно-солевого обмена и структуру органов дыхания.

Также следует отметить низкую плотность воздуха в атмосфере как среде жизни, благодаря чему жизнь сосредоточена вблизи поверхности земли, проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50 - 70 м (кроны деревьев тропических лесов).

Если исключить единичные случаи "рекордных подъемов", верхней границей распространения жизни в атмосфере следует считать высоты порядка 8 - 10 км. Будучи сосредоточена в относительно тонком слое над поверхностью Земли, жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков вещества и энергии, формирующих биологический круговорот. Многообразие жизненных форм в наземной среде более определяется зональными климатическими и ландшафтными факторами.

Единые по физико-географическим условиям пространства называют ландшафтно-климатическими зонами. Крупнейшие из них - полярные пустыни, тундры, леса умеренного климата (хвойные, лиственные), степи, саванны, пустыни, тропические леса.

Прозрачность атмосферы определяет то обстоятельство, что до поверхности планеты доходит порядка 47% падающего на внешнюю границу планеты потока солнечного излучения. Немногим менее половины его составляет фотосинтетически активная радиация с длиной волны 380 - 710 нм.

Литосфера

Литосфера - это "каменная оболочка" Земли, верхняя часть земной коры. Поверхностную часть литосферы, измельченную в процессе физического, химического и биологического выветривания и содержащую, помимо минерального, еще и органическое вещество, называют почвой (эдафосферой или педосферой). Значение почвы в биосфере можно определить как связующее звено биологического и геологического круговоротов. Почва служит источником вещества для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых и способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в глубокие слои литосферы.

В почве, как и в гидросфере наблюдается вертикальная структурированность трофических процессов, связанных с биологическим круговоротом веществ. Вертикальный градиент характерен также для ряда других параметров, определяющих условия жизни почвенных организмов: света, влажности, состава газовой среды, температуры и др. экологических факторов.

Как среда жизни, почва занимает промежуточное положение между атмосферой и гидросферой: она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, более резкий, чем в гидросфере.

Все это определяет распространение жизни в почве: микроорганизмы встречаются по всей ее толщине, растения связаны лишь с наружными горизонтами (корневая система некоторых деревьев проникает на глубину 8 - 10 м), беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5 - 7 м. Бактерии находят в подземных водах, сопровождающих залежи нефти на глубине 3 - 5 км. Этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли - литосфере.

Таким образом, общая толщина биосферы, "пленки жизни", составляет не более 30 км.

Организм как среда жизни

Постоянство внутренних параметров организма (гомеостаз) позволяет использование его другими организмами в качестве среды постоянного или временного обитания. Таким образом, живые организмы как бы создают для себя в биосфере еще одну, биотическую, среду обитания.

Группа живых организмов, наиболее полно освоивших эту среду обитания - вирусы. Как приспособление к данной среде обитания в ходе эволюции у них усложнился генетический аппарат, и крайне упростилось строение, что обусловило невозможность самостоятельного существования.

Сходными приспособлениями (простота строения, гипертрофия аппарата размножения) обладают паразиты из различных систематических групп (черви, насекомые, грибы и т.п.).

Помимо паразитов, различные симбионты ("совместно существующие") обитают в(на) теле живых организмов (кишечные бактерии, микроорганизмы кожи и т.п.), что приносит взаимную или одностороннюю выгоду взаимодействующим видам.

Возможность использования живого как среды обитания словно замыкает круг всеобщей взаимосвязи в биосфере - мельчайшее звено в биосферном круговороте веществ - организм - выступает как экосистема, в которой в свою очередь формируются достаточно разнообразные сообщества живых организмов.

Организм и факторы среды. Основы аутэкологии

Жизнедеятельность любого организма или популяции, как и успех их выживания, зависит от того, насколько они приспособлены к условиям среды обитания.

Изучение воздействия условий среды на организмы и их реакций на эти воздействия необходимы как биологам и медикам, так и специалистам-практикам, которые занимаются производством различных продуктов потребления. Для характеристики взаимодействия организма со средой, в том числе отклика на воздействия, необходимо обратиться к понятию "экологический фактор".

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: