Тема № 2.Аутэкология. Организм и условия его обитания. Среды обитания.

План лекции:Разнообразие растительного и животного мира. Жизненные формы организмов. Среда жизни и условия существования организмов. Водная среда обитания. Наземно-воздушная среда. Почвенная среда обитания. Организмы как среда обитания.

Разнообразие растительного и животного мира.Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делятся на две большие группы – прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, Клетки прокариот (от греч.Pro – до karion – ядро) не имеют оформленного ядра. К эукариотам(от греч.Eu – настоящий, истинный, karion – ядро), организмам, имеющим оформленное ядро, отнесены зеленые растения (в том числе и все остальные водоросли), грибы и животные.

Живые организмы классифицируют (рис. 2) на царство грибов, царство растений, царство животных, микроорганизмы и вирусы. Современная систематика строится на основе степени родства организмов.

Рисунок 2 – Система классификации живых организмов

В экологии разнообразие и разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и др.

Живые организмы можно классифицировать в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Те организмы, которые синтезируют все необходимые им органические вещества за счет энергии света, называются фототрофными (фототрофами) (греч.Photo – свет, trophe – пища, питание), а те организмы, которые используют энергию химических связей, - хемотрофные (хемотрофы). Процесс фототрофного питания называется фотосинтезом.

По источнику углерода: Организмы, живущие за счет неорганического источника углерода (двуокиси углерода), называют автотрофными (автотрофами), а организмы, использующие органический источник углерода, - гетеротрофными(гетеротрофами) (греч.Heteros – другой). К фотоавтотрофам относятся все зеленые растения, сине-зеленые водоросли, зеленые бактерии. К хемоавтотрофам – некоторые бактерии, участвующие в круговороте азота. К фотогетеротрофам относятся пурпурные бактерии, к хемогетеротрофам – все животные, грибы, большинство бактерий, некоторые паразитические цветковые растения.

Гетеротрофов делят насапрофитов, использующих растворы простых органических соединений, и голозоев. Голозои обладают сложным комплексом пищеварительных ферментов и могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребители живых растений), зоофагов (нуждающихся в живой пище) и некрофагов (трупоядных животных). В свою очередь каждую из этих групп можно подразделить на более мелкие, имеющие свою специфику в характере питания.

Иначе можно построить классификацию по способу добывания пищи. Среди животных выявляются, например, такие группы, как фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.), пасущиеся формы (копытные, жуки-листоеды), собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные), охотники на движущуюся добычу (волки, львы, и т.п.) и целый ряд других групп. Так, несмотря на большое несходство в организации, одинаковый способ овладения добычей приводит у львов и мух-ктырей к ряду аналогий в их охотничьих повадках и общих чертах строения: поджарости тела, сильному развитию мускулатуры, способности развивать кратковременно большую скорость и т.п.

Экологические классификации помогают выявлять возможные в природе пути приспособления организмов к среде.

Жизненные формы организмов.Среди приспособлений животных и растений к среде немаловажную роль играют морфологические адаптации, такие особенности внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях.

Морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определенному образу жизни называется жизненной формой организма.

Жизненные формы растений.Наиболее разработанной современной классификацией жизненных форм цветковых и хвойных растений на основе эколого-морфологических признаков является классификация, предложенная И.Г. Серебряковым. В ней приняты следующие единицы классификации: отделы, типы, классы, подклассы, группы, подгруппы, секции жизненных форм и собственно жизненные формы. Собственно жизненная форма является основной единицей экологической системы растений.

Выделение отделов основано на структуре надземных осей (древесные, полудревесные и травянистые растения), типов – по относительной длительности жизни растений в целом – одно-, дву- и многолетние:

1. Деревья. Многолетние растения с древеснеющими надземными частями; имеют хорошо выраженный главный ствол, обычно превышающий 2 мвысоты (береза, сосна, осина, карагач, вяз и др.).

2. Кустарники. Отличаются от деревьев отсутствием хорошо выраженного ствола; ветвятся у самой поверхности земли; высота менее 3 м(смородина, жимолость, ива, кизильник, шиповник и др.).

3. Кустарнички. Сходны с кустарниками, но обычно низкорослые, до 50 смвысоты (карагана, таволга и др.).

4. Полукустарники. Древеснеют в нижней части, а верхние надземные органы - травянистые, которые на зиму отмирают почти целиком (полынь, солянки, лебеда и др.).

5. Растения - «подушки». Образуются в результате своеобразного роста и ветвления побегов, благодаря которым все растение приобретает форму плотного шара или подушки. Эта жизненная форма характерна для высокогорий и пустынь (некоторые виды звездчатки, камнеломки, солянки и др.).

6. Суккуленты. Растения с утолщенными сочными листьями или стеблями, содержащие запасы воды (очиток, горноколосник, ложноочиток и др.).

7. Лианы. Имеют тонкий длинный стебель, неспособный удерживаться в вертикальном положении самостоятельно. Лианы используют в качестве опоры другие растения, обвивают их или цепляются за них (виноград, плющ, ломонос и др.).

8. Многолетние травы. Они могут быть вечнозелеными - ли­стья сохраняются больше года, зимне-зелеными - не теряют листья зимой и летне-зелеными (клевер, ветреница, грушанка и др.).

9. Двулетники. Для завершения жизненного цикла этих растений требуется два вегетационных периода. Цветение и плодоношение происходят на второй год (борщевик, щавель, белена черная и др.).

10. Однолетники.Растения, жизненный цикл которых длится меньше одного года (горчица полевая, мятлик однолетний, рыжик, клоповник, бурачок, хориспора и др.).

Также в ботанике принята классификация жизненных форм по С. Раункиеру.В основу этой классификации положено приспособление растений к перенесению неблагоприятных условий в период покоя, которое заключается в различном расположении и защищенности почек, возобновляющих рост, во время зимнего или сухого летнего периода (рис. 3).

1 - Фанерофит, 2а-2б –хамефит, 3а-3б –гемикриптофит,

4а-4б – криптофит, 5 – терофиты

Рисунок 3 - Жизненные формы растений по С. Раункиеру

1. Фанерофиты - это растения, у которых зимующие почки (почки возобновления) расположены высоко над землей; у листопадных они защищены чешуями, у вечнозеленых - нет. К этой группе относятся деревья и кустарники.

2. Хамефиты - низкорослые растения, зимующие почки у которых расположены близ поверхности земли и защищены снежным покровом и скученными мелкими побегами, отмирающими зимой. К этой группе относятся кустарнички, полукустарники (брусника, черника, вереск и др.).

3. Гемикриптофиты - травянистые растения и полукустарники, у которых почки возобновления расположены на самой поверхности почвы и прикрыты нижними листьями и отмершими побегами. Надземные части у них зимой отмирают почти до основания (клевера, луговые злаки и др.).

4. Криптофиты - это растения, у которых почки возобновления находятся на подземных органах в почве, а надземные части ихполностью отмирают. К этой группе относятся луковичные, корневищные растения (картофель, лук, пырей ползучий).

5.Терофиты - однолетние, не зимующие растения, все части которых зимой отмирают. Перезимовывают только семена (пшеница, овес, мокрица и др.).

Жизненные формы животных. Классификации жизненных форм животных, как и растений, весьма разнообразны в зависимости от принципов, которые кладут в их основу. На морфологии млекопитающих, по-видимому, в наибольшей степени сказывается характер их передвижения в разных средах. Выделяют следующие адаптивные группы среди зверей:

I. Наземные формы:

1) не делающие нор: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие;

2) делающие норы: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие;

3) животные скал;

II. Плавающие формы:

1) Чисто водные: а) нектон, б) планктон, в) бентос;

2) полуводные: а) ныряющие, б) неныряющие, в) добывающие из воды только пищу;

III. Роющие формы:

1) абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей);

2) относительные землерои (выходят на поверхность земли);

IV. Древесные, лазающие формы: а) не сходящие с деревьев; б) лишь лазающие по деревьям;

V. Воздушные формы: а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие пищу с воздуха.

В пределах каждой группы особенности образа жизни формируют более специфические приспособительные формы. Так, наземные млекопитающие передвигаются в основном посредством ходьбы, бега и прыжков, что проявляется в их внешнем облике. Например, прыгающие животные: кенгуру, тушканчики, кенгуровые крысы – отличаются компактным телом с удлиненными задними конечностями и значительно укороченными передними. Очень сильно развиты мышцы спины, увеличивающие мощность толчка. Длинный хвост играет роль балансира и руля, позволяющего резко изменять направление движения. У сидящих животных он служит дополнительной точкой опоры.

Во внешнем облике птиц в наибольшей мере проявляется приуроченность их к определенным типам местообитаний и характер передвижения при добывании пищи. В связи с этим различают птиц: 1) древесной растительности, 2) открытых пространств суши, 3) болот и отмелей, 4) водных пространств. В каждой из указанных групп выделяют специфические формы.

Сходные жизненные формы встречаются в сходных условиях жизни в разных зоогеографических областях и на разных материках (например, тушканчики Евразии, кенгуровые крысы Австралии, прыгунчики Африки). Жизненная форма наглядно свидетельствует об образе жизни вида.

Основные среды жизни. Среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, рост, развитие, выживаемость, размножение и т.д. среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком, его производственной деятельности. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие полностью или частично безразличны ему, а третьи оказывают вредное воздействие.

Условия существования, или условия жизни, - это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили 4 среду жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам (гидросфера, литосфера, атмосфера).

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем в ходе исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, которые, бурно эволюционируя, адаптировались к новым условиям жизни. Поверхностный слой литосферы постепенно преобразовался в почву. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей. Четвертой средой обитания стали сами животные организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.

Водная среда жизни. Гидросфера, как водная среда жизни, занимает около 71% площади и 1/800 часть объема Земного шара. В океане с входящими в него морями различают две области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь (рис. 4).

Рисунок 4 – Распределение живых организмов в водной среде

Экологические группы гидробионтов. Толща воды, или пелагиаль (pelages – море), заселена пелагическими организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. В связи с этим данные организмы подразделяются на две группы: нектон и планктон. Третью экологическую группу составляет бентос.

Нектон (nektos – плавающий) – это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Нектон представлен, главным образом, крупными животными, которые способны преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах кроме рыб относятся земноводные и активно перемещающиеся водные насекомые.

Планктон (planktos – блуждающий, парящий) – совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это – мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и парящие в толще воды личинки многих животных. Планктонные организмы располагаются как на поверхности воды, на глубине, так и в придонном слое.

Организмы, населяющие поверхностную пленку воды на границе с воздушной средой, составляют особую группу – нейстон. Состав нейстона зависит от стадии развития ряда организмов. Проходя личиночную стадию, они покидают поверхностный слой, служивший им убежищем, перемещаются жить на дно или в глубинные слои. Таковыми являются личинки ракообразных, некоторых рыб, брюхоногих и двустворчатых моллюсков.

Те же организмы, часть тела которых находится над поверхностью воды, а другая – в воде, получили название плейстон. К ним относят ряску и др.

Бентос (bentos – глубина) – совокупность организмов, обитающих на глубине (на грунте или в нем) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью бентос представлен прикрепленными или медленно передвигающимися или роющимися в грунте животными. На мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих (консументы) и разрушающих его (редуценты).

Наземно-воздушная среда обитания. В ходе эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. Особенность этой среды заключается в том, что организмы, которые здесь обитают, окружены газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью, давлением и высоким содержанием кислорода. Как правило, животные в этой среде передвигаются по почве, а растения укореняются в ней.

Наземно-воздушная среда характеризуется более высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температур, влажности в зависимости от географического положения, сезона и времени суток.

У живых организмов в ходе эволюции выработались определенные морфо-физиологические, анатомические, поведенческие и прочие адаптации по отношению к свету, температуре, влажности и др.

Вследствие подвижности воздуха возможен пассивный полет отдельных видов организмов, развита анемохория – расселение с помощью воздушных потоков. Организмы, пассивно переносимые потоками воздуха, называются аэропланктоном.