АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Климатические факторы.Наиболее важным климатическим фактором на планете Земля является свет. Прежде всего потому, что без света невозможна фотосинтетическая деятельность растений, а без жизнедеятельности растительных организмов невозможна жизнь вообще, поскольку только зеленые растения имеют способность синтезировать так необходимый для жизни живым существам кислород.

Однако есть и другие аспекты воздействия света на живые организмы. Необходимость света для растений существенно влияет на структуру сообществ. Распространение водных растений, океанических животных и планктона ограничено областью проникновения солнечных лучей.

Свет –электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. В экологии под термином «свет» подразумевается весь диапазон солнечного излучения, достигающего земной поверхности.

Солнце излучает в космическое пространство громадное количество электромагнитных волн разной длины и частоты. Излучение, воспринимаемое нашим глазом - это лишь часть спектра электромагнитных колебаний. Эта область охватывает диапазон от 0,75 мкм до 0,2 мкм (1 микрометр - одна тысячная миллиметра). Электромагнитные волны большей длины (0,76-4,0 мкм) лежат в инфракрасной области спектра. Они воспринимаются человеком как тепло. Более короткие волны - ультрафиолетовые (<0,4 мкм) - наши органы чувств непосредственно не воспринимают.

Другие живые существа, в частности насекомые, наоборот, воспринимают инфракрасные и ультрафиолетовые излучения, недоступные человеку.

Часть солнечных лучей, преодолев огромное расстояние, достигает поверхности Земли, освещает и обогревает ее. Примерно половина лучистой энергии приходится на видимые лучи, около половины - на тепловые инфракрасные, и около 10% - на ультрафиолетовые. Подсчитано, что на нашу планеты поступает около одной двухмиллиардной части солнечной энергии, а из этого количества зелеными растениями используется лишь 0,1-0,2% на создание органического вещества.

Свет играет для растений весьма важную роль - от интенсивности солнечного освещения зависит продуктивность, производительность растений. Каким же образом приспосабливаются растения жить в условиях различной освещенности в природе? Помог им в этом естественный отбор, благодаря которому возникли различные приспособления, позволяющие им жить в разнообразных условиях освещенности. По степени освещенности в естественных местообитаниях все растения по отношению к свету можно разделить на следующие группы:

■ растения теневые - сциофиты (от греч. сциа - тень, и фитон - растение);

■ растения теневыносливые;

■ растения светолюбивые - гелиофиты (от греч. гелиос - солнце и фитон - растение).

Для сциофитов зоной оптимума служат только затененные места, при сильной освещенности они чувствуют себя плохо. Растения этой группы приспособились к условиям сильного затенения темнохвойных таежных, широколиственных и тропических влажных лесов. Типичные представители темных местообитаний - это зеленые мхи, плауны, кислица обыкновенная, копытень европейский, седмичник европейский, барвинок малый, майник двулистный и др.

Теневыносливые растения способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света. В качестве примера таких растений можно указать некоторые деревья: ель обыкновенную, клен остролистный, граб обыкновенный; кустарники - лещину, боярышник; травы - землянику, герань полевую; многие комнатные растения.

Гелиофиты(светолюбивые) либо совсем не переносят, либо плохо переносят даже незначительное затенение. К этой группе относятся степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки. Из видов этой группы можно отметить подорожник обыкновенный, иван-чай, вейник тростниковидный и др.

Важным абиотическим фактором является температура.Область распространения живого в основном ограничена областью чуть ниже 0^оС и до 50^оС.

Критические температуры для растений и животных могут варьировать чрезвычайно широко. Если живущие в пустыне рептилии могут без труда переносить 45-градусную жару, то большинство морских беспозвоночных гибнет при температуре более 30-32 градусов. Наши обычные бабочки – крапивницы и капустницы во взрослом состоянии могут выживать при температурном интервале от 8 до 20⁰С ниже нуля. И только после падения температуры тела ниже этих величин у них наступает переохлаждение, вызывающее необратимые изменения в организме. А такие организмы как коловратки при высыхании могут выдерживать падение температуры до -60⁰С. После повышения температуры они часто оживают.

Основным источником тепла, как и света, является солнечное излучение. Организм может выживать только в условиях, к которым приспособлен его метаболизм (обмен веществ). Если температура живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и гибнет в результате образование кристаллов льда. Если же температура слишком высока, происходит так называемая денатурация белков. Именно это происходит при варке куриного яйца.

Большинство организмов способно в той или иной мере контролировать температуру своего тела с помощью различных ответных реакций. У подавляющего числа живых существ температура тела может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды. Организмы, не способные регулировать свою собственную температуру называются пойкилотермными. Их активность в основном зависит от тепла, поступающего извне. Температура тела пойкилотермных организмов связана со значениями температуры окружающей среды. Пойкилотермия (холоднокровность) свойственна таким группам организмов как растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.

Значительно меньшее количество живых существ способно к активному регулированию температуры тела. Это представители двух высших классов позвоночных - птицы и млекопитающие. Вырабатываемое ими тепло является продуктом биохимических реакций и служит существенным источником повышения температуры тела. Такая температура поддерживается на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры среды, называются гомойотермные. За счет этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Поддержание постоянной температуры своего тела обеспечивается пойкилотермными животными (теплокровными) такими приспособлениями к условиям существования, как хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстяным покровом, плотное оперение, подкожные воздушные полости, толстый слой жировой ткани и т.п.

Существуют также гетеротермные организмы. Гетеротермия - частный случай гомойотермии. Она свойственна гетеротермным животным, впадающим в спячку или оцепенение в неблагоприятный период года. При этом высокая температура их тела заметно снижается за счет замедленного обмена веществ (летучие мыши, суслики, ежи, птенцы, стрижи и др). Разный уровень температуры тела у гетеротермных организмов зависит от их функциональной активности. В период активности они обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значительно понижается.

Условия увлажнения играют особую роль в жизнедеятельности живых организмов. Вода - основа живой материи. Для громадного числа живых организмов вода является одним из главных экологических факторов. Исключительная значимость воды состоит в том, что она является основным условием существования всего живого на Земле. Все жизненные процессы в клетках живых организмов протекают в водной среде.

Вода химически не изменяется под действием большинства технических соединений, которые растворяет. Это очень важно для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. В природных условиях вода всегда содержит то или иное количество примесей, взаимодействия не только с твердыми и жидкими веществами, но растворяя также и газы.

Уникальные свойства воды предопределяют особую ее миссию в формировании лика планеты Земля, ее физической и химической среды, а также в появлении и поддержании удивительного явления - жизни. Напомним, что человек почти на 65-70% состоит из воды. Если посчитать в литрах, то это будет 40-50 литров в человеке среднего возраста и среднего веса. Мышцы человека состоят из воды на 75%, печень - на 70%, мозг - на 79%, почки - на 83%.

Для поддержания водного баланса медики рекомендуют выпивать в сутки два литра воды. При этом считается все: соки, кисели, супы, компоты и т.п. Еда на самом деле состоит в основном из воды. Даже в засушенной корочке черного хлеба ее около пяти процентов, в молоке - 87, в помидорах - 85, в мясе - 50-70%.

Суточная же потребность в воде составляет для взрослого человека 9-10 литров, то есть около 15 процентов веса тела. Это не означает, что здоровый человек должен пить каждый день по ведру воды. Дело в том, что 7-8 литров наши ткани создают сами. Эта так называемая эндогенная жидкость рождается в организме при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул, их переделке. И эту воду непрерывно «выпивают» ткани. Перераспределение ее идет через желудочно-кишечный тракт. Например, человек 1,5 литра воды глотает со слюной, столько же дает желудок в виде желудочного сока, 3 литра соков выделяет кишечник, 0,7 литра - поджелудочная железа и 0,5 литра образуется желчи.

Но «приток» эндогенной влаги меньше, чем ее потери через почки, кожу, легкие, и поэтому 2 литра воды человек должен получить извне - либо в «чистом виде», либо с различной пищей. За несколькими исключениями это правило распространяется и на животных.

Больше всего воды в сутки из наземных животных нужно слону - около 90 литров, причем для нормальной жизнедеятельности он должен пить ежедневно. Может, потому и стали слоны одним из лучших "гидрогеологов" среди зверей и птиц? Водоемы они чувствуют на расстоянии до 5 километров! Только бизоны чуют еще дальше - на 7-8 километров. В засушливое время слоны роют бивнями в руслах опустевших рек ямы, куда собирается вода. Буйволы, носороги и другие африканские животные охотно пользуются слоновьими колодцами. Задними лапами роют колодцы и кенгуру. Глубина таких углублений доходит до метра.

Но что делать, если воды в округе почти нет? Чтобы удовлетворить жажду, гиены иногда едят дыни, арбузы, другие овощи. Горный кенгуру (валлару) обдирает кору деревьев и слизывает проступающий сок. Сурок, жираф, коала, некоторые антилопы и многие другие обитатели саванн и пустынь живут без водопоя многие недели, но при условии, что они получают влагу с сочной зеленью. Верблюду же обходиться безо всякой воды помогает жир в горбах. При окислении 100 граммов жира в организме образуется 107 граммов воды.

Первый признак того, что организму не хватает воды - усталость. При потере всего 5% из положенного организму количества жидкости пульс тут же учащается, а температура повышается. Если воду заменить на чай, кофе, вино, то эффект будет обратный. Все это мочегонное, поэтому жидкости в таких случаях теряется гораздо больше, чем выпивается. Если обезвоживание произойдет на 20 %, то надо срочно пить воду.

Тела животных содержат, как правило, не менее 50% воды. Упоминавшийся великан из мира животных - слон - на 70% состоит из воды; столько же ее в теле утки-кряквы; гусеницы, поедающие листья растений, состоят из воды на 85-90%; у медуз воды более 98%. Из животных наиболее «сухой» амбарный долгоносик (Sithophilus granarus). В его теле содержится всего 46% воды.

Сочные плоды растений также содержат большое количество воды: в картофеле ее 80%, в помидоре - 95%.

Организмы теряют воду прежде всего в процессе метаболизма; теряется она и при испарении с поверхности тела. Для поддержания жизнедеятельности животным приходится восполнять недостаток воды. Вода и растворенные в ней соли проникают в тела животных различными путями. Животные, обитающие в водной среде, получают ее через наружные покровы. Насекомые, моллюски, черви, амфибии адсорбируют влагу из воздуха. Поэтому лягушке пить совсем не обязательно. Для многих животных основной источник воды – пища. Бабочки питаются главным образом жидким кормом, комары довольствуются капельками росы.

Количество воды, которое может потерять живой организм без ущерба для себя, колеблется в широких пределах. Для млекопитающих эти величины составляют 10-15% от их веса. Исключением среди млекопитающих являются верблюд, который способен возместить потерю воды в количестве до 30% веса (выпивая сразу 10-15 ведер воды верблюд в четверть часа восстанавливает свой прежний вид), и домовая мышь, выдерживающая потерю до 40% воды. Такая устойчивость к «высыханию» позволяет мыши селиться в жилищах человека.

Современное распространение жизни на Земле напрямую связано с осадками. Влажность в разных точках земного шара неодинакова. Больше всего осадков выпадает в экваториальной зоне и особенно много в верхнем течении реки Амазонки и на островах Малайского архипелага. Количество их в отдельных районах достигает 12 000 мм в год. Для сравнения в тундре и пустынях выпадает менее 250 мм осадков в год. Как видим, разница значительная.

Эдафические факторы (факторы почвенной среды). Вся совокупность физических и химических свойств почвы, оказывающих экологическое воздействие на живые организмы относится к эдафическим факторам (от греч. эдафос - основание, земля, почва). К основным эдафическим факторам относятся механический состав (размер ее частиц), относительная рыхлость, структура, водопроницаемость, аэрируемость, химический состав самой почвы и циркулирующих в ней веществ (газов, воды).

Характер состава почвы может иметь экологическое значение для животных, которые по крайней мере в какой-то период своей жизни обитают в почве или ведут роющий образ жизни. Личинки насекомых, как правило, не могут жить в слишком каменистой почве; роющие перепончатокрылые, откладывающие свои яйца в подземных ходах, многие саранчевые, зарывающие яйцевые коконы в землю, нуждаются в том, чтобы она была достаточно рыхлой.

Важной характеристикой почвы является ее кислотность. Из школьного курса химии хорошо известно, что кислотность среды, определяемая водородным показателем (pH), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе, и численно равна отрицательному десятичному логарифму этой концентрации: рН=-lg[H⁺]. Водные растворы могут иметь рН от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7, а щелочная - больше 7. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. Если рН почвенного раствора слишком низка, то в ней содержится мало биогенных элементов, поэтому продуктивность такой почвы крайне мала.

По отношению к плодородию почвы (валовому составу химических элементов) различают следующие экологические группы растений:

■ олиготрофы (от греч. олигос – небольшой и трофе – питание) – растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);

■ мезотрофы (от греч. мезос – средний) – растения с умеренной потребностью к питательным веществам – большинство наших лесных растений;

■ эвтрофы(от греч. эу – хорошо) – растения, требовательные к содержанию большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть).

Орографические факторы.На распространение организмов по земной поверхности определенную роль оказывают такие факторы, как особенности элементов рельефа, высота над уровнем моря, экспозиция и крутизна склонов. Они объединяются в группу орографических факторов (от греч. орос – гора и графия – пишу).

Одним из главных орографических факторов является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность.

Характерный пример – вертикальная зональность в горах. Подъем в гору часто напоминает путешествие от экватора к полюсу. Здесь с поднятием на каждые 100 м температура воздуха понижается в среднем на 0,55^оС. Одновременно с этим изменяется влажность, сокращается длительность вегетационного периода. С увеличением высоты местообитания существенно изменяется развитие растений и животных. У подножия гор могут находиться тропические моря, а на вершине – дуть арктические ветры. С одной стороны гор может быть солнечно и тепло, с другой – влажно и холодно.

Еще один орографический фактор - экспозиция склона. На северных склонах растения образуют теневые формы, на южных – световые. Растительность представлена здесь главным образом засухоустойчивыми кустарниками. Склоны, обращенные на юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света и температура здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. С этим связаны существенные различия в прогревании воздуха и почвы, скорости таяния снега, иссушения почвы.

Важным фактором рельефа является также крутизна склона. Для крутых склонов характерны быстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие. Если уклон превышает 35^о, почва и растительность обычно не образуются, а создаются осыпи из рыхлого материала.

Гидрографические факторы.К гидрографическим факторам относятся такие характеристики водной среды, как плотность воды, скорость горизонтальных перемещений (течение), количество растворенного в воде кислорода, содержание взвешенных частиц, проточность, температурный и световой режимы водоемов и т.п.

Организмы, обитающие в водной среде,получили название гидробионты.