Воздух как среда жизни. Приспособления организмов к обитанию в воздушной среде

 

     Содержание 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     На  нашей планете живые организмы  освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике  условий. Водная  среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы  овладели наземно-воздушной  средой, создали и заселили почву.  Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы,  каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

     Наземно-воздушная среда – самая сложная по экологическим условиям. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые оказались возможными лишь при достаточно высоком уровне организации растений и животных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 1. Воздух как среда  жизни

    1.1. Среда и условия существования организмов

    Среда – всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, развитие, рост, выживаемость, размножение и т.д.

    Среда каждого организма слагается  из множеств неорганической и органической природы и элементов, привносимых  человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы необходимы организму, другие безразличны  для него, третьи оказывают вредное  воздействие.

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

    Элементы  среды как необходимые организму, так и отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами.

    Экологические факторы принято делить на три  основные группы: абиотические, биотические  и антропические.

    Абиотические факторы – комплекс условий неорганической и органической среды, влияющих на организм. Абиотические факторы подразделяются на химические (химический состав воздуха, океана, почвы и др.) и физические (температура, давление, ветер, влажность, свет, радиационный режим и др.).

    Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Они весьма разнообразны. Так, например, живые существа служат пищей (растения – для животных,  животные – для хищников) и средой обитания (хозяин – для паразита, крупные растения – для эпифитов) для других организмов, способствуют размножению последних (опыление растений, распространение семян), оказывают химические, физические и другие воздействия.

    Антропические факторы – совокупность воздействий деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования человек оказывает влияние на среду (за  счёт дыхания ежегодно в атмосферу поступает примерно 1,1·1012 кг СО₂ и др.) и неизмеримо большее производственной деятельностью во всё возрастающей степени.

    Влияние на организм абиотических факторов может  быть прямым и косвенным (опосредованным). Так, например, температура среды  определяет скорость физиологических  процессов в организме и, соответственно, его развитие (прямое влияние); в  то же время, влияя на развитие растений, являющихся кормом для животных, она  оказывает на последних косвенное  воздействие.

    Эффект  действия экологических факторов зависит  не только от их характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом (высокая  или низкая температура, яркий свет или темнота и др.). У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию факторов в определенных количественных пределах. Причем, для каждого организма существует свой набор факторов, наиболее для него благоприятный.

    Чем больше доза факторов отклоняется от оптимальной для данного вида величины (увеличение или уменьшение), тем сильнее угнетается его жизнедеятельность. Границы, за которыми существование  организма невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности).

    Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная  для организма (его жизнедеятельности), называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом.

    Организмы могут приспосабливаться во времени  к изменению факторов. Свойство видов  адаптироваться к изменению диапазонов экологических факторов называется экологической пластичностью (экологической валентностью). Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его толерантности (выносливости).

    Экологически непластичные (маловыносливые) виды называются стенобионтными (от греч. stenos – узкий), более пластичные (выносливые) – эврибионтными (от греч. eurys – широкий). Виды организмов, длительное время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и приобретают черты стенобионтности; виды, существовавшие в условиях значительного изменения факторов среды, становятся эврибионтными.

    Отношение организмов к колебаниям того или  иного фактора среды выражается прибавлением приставок стено- и эври- (стено- и эвритермные, стено- и эврифотные и т.п.).

    Исторически приспосабливаясь к абиотическим фактором среды и вступая в биотические  связи друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют  многообразные биогеоценозы, в  конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.

    Биогеоценоз – территориально (пространственно) обособленная целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны друг с другом.

    Все экологические факторы действуют  на организм одновременно и во взаимодействии. Такая совокупность их называется констелляцией. Поэтому оптимум и границы выносливости организма по отношению к какому-то одному фактору зависят от других. Причем, если интенсивность хотя бы одного фактора выходит за пределы выносливости вида, то существование последнего становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия. Такой фактор называется ограничивающим. Особым случаем принципа ограничивающих факторов является правило минимума, сформулированное Либихом (немецкий химик) для характеристики урожайности сельскохозяйственных культур: вещество, находящееся в минимуме (в почве, в воздухе), управляет урожаем и определяет величину и устойчивость последнего. 

    1.2. Воздух как среда обитания

    Из-за наличия силы тяжести на Земле, а  также низкой плотности воздуха, обусловливающей его малую опорность,  жизнь во взвешенном состоянии в воздушной среде невозможна. Однако множество микроорганизмов и животных регулярно присутствуют в воздухе, используя его низкую сопротивляемость и наличие воздушных потоков для передвижения. Так, ~ 75 % наземных видов животных (насекомые, птицы, летучие мыши) приспособлены к активному полету.

    У многих видов организмов развилась  способность к пассивному полету, так называемая  анемохория – расселение с помощью воздушных потоков. Это возможно либо за счет малых размеров (споры, пыльца и др.), либо за счет придатков, увеличивающих способность к планированию (зонтики, лепестки, пух и др.). В расселении этих организмов большое значение имеют конвективные (вертикальные) и ветровые (горизонтальные) потоки воздуха.

    Важную  роль в жизнедеятельности организмов играет атмосферное давление, составляющее в норме 101325 Па (760 мм. рт. ст.), которое, уменьшаясь с высотой, ограничивает распространение  видов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни составляет ~ 6000 м, где атмосферное давление составляет ~ 50 % от  нормального, что ведёт к уменьшению парциального давления кислорода и, как следствие, к увеличению частоты дыхания и влагопотерь.

    Для наземных организмов кроме физических свойств воздуха чрезвычайно  важным является его химический состав. Воздух в приземном слое атмосферы  состоит из следующих веществ (% масс.): азот (N₂) – 78; кислород (О₂) – 20,95; диоксид углерода (СО₂) – 0,03; остальное – аргон (Ar), метан (CH₄), водород (Н₂), озон (О₃) и др. газы. Кроме того, в атмосферу поступают из различных источников другие вещества (газы, пары, пыль и т.п.), имеющие существенное экологическое значение.

    Высокое содержание кислорода в воздухе  не является фактором, лимитирующим жизнь  в наземно-воздушной среде. Содержание СО₂ в приземном слое воздуха может изменяться в широком диапазоне, что может значительно влиять на жизнедеятельность организмов. Основным источником диоксида углерода является почва, в которой живут и при «дыхании» выделяют его микроорганизмы. Например, почва леса выделяет до 20 кг/(га·час), а песчаная всего 2 кг/(га·час).

    Заметную  роль в изменении содержания СО₂ в приземном слое воздуха играет деятельность человека. Так, в крупных городах в безветрие концентрация СО₂ в воздухе возрастает в десятки раз. Содержание СО₂ лимитирует процесс фотосинтеза в растениях. При больших концентрациях (> 0,5 %об.) диоксид углерода токсичен для живых организмов.

    Азот  воздуха фиксируется рядом микроорганизмов (клубеньковые бактерии, сине-зеленые  водоросли и др.) и является необходимым  элементом для синтеза некоторых  органических веществ, например, белка.

    Вещества, поступающие в воздух за счет деятельности человека и естественных факторов, часто являются токсичными для организмов (СО, NO+NO₂, SO₂ и др.). Так, например, диоксид серы (SO₂) чрезвычайно ядовит для растений даже в миллионных долях по отношению к объему воздуха. В результате этого вокруг промышленных центров, загрязняющих атмосферу этим газом, почти вся  растительность  погибает. Особенно чувствительны к SO₂ лишайники, наличие которых в конкретной местности говорит о чистоте воздуха.

    В воздухе формируется климат местности  – многолетний режим погоды, а  также микроклимат в отдельных  зонах местности. Оба фактора  влияют на географическое распределение  организмов по Земле.

    В атмосферном воздухе формируются  необходимые условия для выпадения осадков. Осадки, кроме изменения влажности воздуха, поставляют пресную воду для питья,  оказывают механическое действие на организмы (ливень, град), защищают их от влияния низких температур (снежный покров), а также оказывают другие экологические воздействия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 2. Воздух как экологический фактор для наземных организмов

     2.1. Воздух как экологический фактор для наземных организмов