Состояния покоя - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов
Все растения и животные подготавливаются к зиме, при этом замедляются физиолого-биохимические процессы.
У растений прекращается рост. У древесных пород, впадающих в состояние покоя, интенсивность дыхания снижается до 1/200 - 1/400 от летнего. Органический покой характерен для плодов, клубней, почек (спящие почки). Они не прорастают, не распускаются до весны или до поры, пока не получат "сигнал" факторов среды, пока не произойдут биохимические реакции в эмбриональных клетках и тканях. Глубокий покой - наступает одновременно с органическим; степень глубины зависит от вида растений и условий осени; обеспечивает морозоустойчивость. Вынужденный покой - задержка весеннего развития из-за неблагоприятных условий.
У животных тоже несколько состояний покоя. Спячка - летняя - из-за высоких температур и дефицита воды, зимняя - из-за холода. Не всегда у млекопитающих во время зимнего сна замедляются обменные процессы - у бурых и белых медведей зимой рождаются детеныши. Анабиоз - состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замирают, что признаки жизни отсутствуют. Организм обезвоживается и потому может переносить очень низкие температуры (до -271 °С), но при этом не происходит нарушения макромолекул в клетках. Анабиоз характерен для спор, семян, высохших лишайников, муравьев, простейших одноклеточных.
Диапауза - состояние временной пониженной физиологической активности - свойственна членистоногим. В этот период замедляются процессы обмена, повышается устойчивость к неблагприятным условиям среды. Различают зимнюю и летнюю (у дождевых червей, укольчатого шелкопряда, дубовой и ореховой павлиноглазки, листоедов) диапаузы. Может наступать на определенной стадии развития (куколки, гусеницы, яйца), длится от нескольких недель до года и часто не связана с ухудшением условий. У сумчатых может непредсказуемо задержаться развитие плода до наступления благоприятного сочетания факторов среды - ответная "спячка".
Поведенческие реакции. Все животные активно перемещаются в места с более благоприятными температурами (в жару - в тень, в холодные дни - на солнце или в укрытие), скучиваются или рассредоточиваются, во время спячки скручиваются клубком, выбирают или создают убежища с определенным климатом, проявляют активность в определенное время суток.
При понижении температуры переходят на питание более калорийной пищей (олени - лишайники, чозения; белки - семена хвойных). Для животных - разные формы поведения. В качестве примера можно привести смену стаций обитаний эктотермными видами (насекомые, членистоногие, пресмыкающиеся) в разных зонах (правило смены ярусов) и в разное время суток, эндотермными видами - обустройство жилищ, гнезд и смена места пребывания при резкой смене условий среды в течение суток, миграции при смене сезонов года.
Виды сходно реагируют на совокупность факторов, но нет видов и популяций, реагирующих на них совершенно одинаково. Может быть, они различаются по реакции всего на один фактор, и то незначительно, но и этого достаточно, чтобы занять в одном биоценозе разные местообитания - микросайты (пример ольховника и кедрового стланика). Особенно четко различия в экологических требованиях проявляются на границах ареалов, в экстремальных условиях произрастания. Этими различиями определяется избирательное отношение к заселяемым территориям и многовидовой характер сообществ. На разных почвах в разных климатических зонах формируются разные экосистемы. В свою очередь в них создаются неодинаковые условия для животных и микроорганизмов. Исторически приспосабливаясь к абиотическим факторам среды, вступая во взаимоотношения (биотические, трофические) друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются в пространстве по различным средам, формируя самые разнообразные экосистемы (биогеоценозы), в конечном итоге объединяющиеся в мегаэкосистему - биосферу Земли.
Для становления биогеохимических циклов необходимо участие разнообразных групп прокариот, взаимодействующих друг с другом. Реакции геохимических циклов сопряжены друг с другом в единую систему. Прокариоты осуществляют катализ важных геохимических реакций, при относительно малом вкладе собственной биомассы. Их концентрационная функция в отличие от скелетных организмов мала и связана с биологически опосредованными реакциями, когда деятельность микроорганизмов приводит к созданию условий, в которых образуются минералы, такие как карбонаты, сульфиды, окислы железа, фосфаты, отложения которых установлены в ранние периоды истории Земли. Противопоставление преимущественно каталитической активности микробной системы и концентрационной деятельности биоты, на которую ориентировался Вернадский, существенно для прокариотной биосферы. Циано-бактерии, казалось бы способные развиваться независимо от других организмов, имеют два существенных ограничения. Во-первых, они неспособны развиваться в условиях повышенного содержания О2 выше 20%, что служит для них пределом самоотравления продуктами. Лучше они растут в аноксических или даже восстановительных условиях. Во-вторых, они неспособны осуществлять регенерационный цикл, для которого необходима описанная выше кооперативная система микроорганизмов.
Из необходимости циклов Вернадский сделал вывод, к которому полностью должен присоединиться микробиолог, занимающийся функциональным разнообразием: невозможно построить устойчивую систему на монофилетическом основании. Универсальный предок не может существовать, поскольку он представлял бы собой "вечный двигатель", даже будучи фототрофом - автотроф-ным днем и гетеротрофным ночью. Представление об "универсальных предках" логически противоречиво. Изначальная группировка микроорганизмов должна была быть разнородной и функционально комплементарной. Иные группировки не могли быть устойчивыми и существовать в течение геологически длительного времени. Этим требованиям отвечает цианобактериальное сообщество. Бактериальная палеонтология в общем, со всеми ссылками на неполноту геологической летописи, на трудность идентификации функции по микрофоссилиям, подтверждает вывод о древности цианобактериального сообщества (Сергеев и др., 2002). Топология филогенетических бескорневых деревьев указывает на циано-бактериальную группировку как на "сердцевину подсолнечника", из которой радиусами расходятся линии (Zavarzin et al., 1990). Но сила этого аргумента ослабляется тем обстоятельством, что мо-лекулярно-биологическая классификация построена на основании ныне живущих бактерий, которые совместимы с оксигенными первичными продуцентами.
Существенно, что прокариотная система самодостаточна и для поддержания собственного существования в течение неопределенно долгого времени (фактически - в течение всей геологической истории Земли), и для осуществления биогеохимической сукцессии, составляющей историю биосферы и суть ее эволюции. Усложнение организмов в их филогенетическом пути происходит в условиях сложившейся и стабилизированной про-кариотной биосферы с модификацией некоторых реакций за счет морфологического усложнения, в первую очередь транспорта. Можно рассматривать три этапа эволюции: обмен небольшими участками мозаичного генома у прокариот, системную комбинаторику эндосимбиоза у протист, генеалогическую картину последовательного усложнения близкого к монофилетическому дарвинистскому дереву сложных организмов (Завар-зин, 2002). Переходу к эвкариотным протистам с фаготрофным питанием должно было предшествовать появление цитологически парадоксального "фаготрофного прокариота" (Cavalier-Smith, 2002), и лишь за этим последовали симбиогенети-ческие события.
Применение актуалистического подхода к прошлому предполагает персистентность организмов и служит постоянным источником возражений со стороны генетиков, утверждающих, что нельзя говорить об идентичности морфологически сходных организмов, особенно прокариот, например трихомных цианобактерий и серобактерий. Однако противоположное утверждение о различии между древними и нынешними организмами автоматически отправляет в корзину все филогенетические деревья, построенные на основе гомологии последовательностей участков генома современных организмов. Вряд ли это вполне разумно.
Коротко нужно отвлечься на описание выпадающих из общей картины эволюции прокариотной биосферы глубинных гидрогенотрофных хемосинтезирующих организмов. Источником питания для них служат дающие водород реакции воды с перегретыми горными породами. Проблему составляют акцепторы электрона, которыми могут служить углекислота или соединения серы. Продуктами обмена глубинных микроорганизмов являются соответственно метан или сероводород. Выгодная область развития этих организмов, связанных с перегретыми породами, - зона конденсации воды над магматическими очагами. Поэтому многие из них относятся к гипертермофилам. Группировка хемосинтезирующих микроорганизмов, не зависящих от солнечного света, безусловно принадлежит к древнейшей и реликтовой в полном смысле слова. Но гидрогенотрофные организмы находятся в стороне от магистрального пути эволюции биоты. Их важной функцией могло быть связывание водорода, который не мог диссипировать в космос и приводить к окислительной гибели планеты, как это произошло на Марсе и Венере. Такая обратная связь от микробиоты к геосфере пока не была рассмотрена.
Следует заметить, что термофильных окси-генных фототрофов нет, верхний предел их развития лежит между 60-70°С, в то время как нижний предел лежит около 0°С, что существенно для цикла органического углерода.
На поверхности Земли изначально для геологической истории действовало микробное сообщество, сопрягающее циклы СО2,02, Сорг, N, P, S, Fe в реакциях, связанных с синтезом биомассы и катаболизмом микроорганизмов, а также осуществляющее преобразование алюмосиликатных пород, кальция, магния, кремния - в биологически опосредованных реакциях. Циклы азота, серы, железа, в которых участвуют специфические функциональные группировки прокариотных микроорганизмов, здесь не разбирались, точно так же как реакции фосфора. Они достаточно хорошо известны в природоведческой микробиологии.
Прокариотная биота эволюционировала на основе комбинаторного перераспределения экологически значимых функций между филогенетически различными организмами, условием выживания для которых было занятие функциональной ниши в существующей системе отношений в сообществе. Морфологические приспособления при этом также имели значение: трихомные организмы приурочены к илу, мицелиальные - к суб-аэральной среде. Геосферно-биосферная система в целом эволюционировала за счет биогеохимической сукцесии как главной движущей силы, ведущей к изменению среды обитания. Наиболее устойчивым временем существования был мезо-протерозой, с окончанием которого и становлением биосферных циклов современного типа сложились предпосылки для субститутивной эволюции с ключевой ролью первичных продуцентов - водорослей, а затем и наземных растений. Дальнейшая эволюция биоты путем интегративного симбиогенеза и последующего усложнения вела к сужению базы жизни для высших форм и ограничению ее "нормальными" условиями. Поддержание всей геосферно-биосферной системы было возможно лишь за счет сохранения системы трофических отношений прокариот как основы биосферы. Появление фаготрофного питания протист, а затем "Parazoa", укоротило пути деградации взвешенного органического вещества. При этом большую роль играли симбиотические отношения хозяев с инкорпорированным микробным сообществом. У зоотрофных животных, способных питаться живыми фототрофными продуцентами, они достигли максимума с образованием микробного сообщества в пищеварительном тракте.
В результате открытий последних десятилетий, которые можно отнести к бактериальной палеонтологии в широком смысле слова, представления об эволюции геосферно-биосферной системы дали основу новому мировоззрению, в котором большее значение придается кооперативным взаимоотношениям в рамках большой системы. В этом отношении рассмотренная система находится вне области традиционных для биологов популяционных пределов, составляющих основу дарвинизма. Одномоментность как необходимое условие взаимодействия возвращает рассмотрение к географической системе А. Гумбольдта. Поэтому рассматриваемую область удобно обозначить как внедарвинистскую область геосфер-но-биосферных систем. В ней наряду с прямыми связями от геосферы к биоте большую роль играют трансформирующие обратные связи в большой системе.
Похожие статьи
-
У животных реакции на разный тепловой режим жизнеобеспечения не менее разнообразны, чем у растений. И все они направлены на регулирование уровня...
-
Свет и биоритмы - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов
Жизнь на планете с момента возникновения осуществлялась в условиях ритмически изменяющейся среды. Суточная и сезонная смена комплекса факторов требовала...
-
Вода - основа протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных соков. Только при наличии воды в организме протекают процессы фотосинтеза,...
-
Главным источником тепла на Земле является солнечное излучение, поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло один из наиболее важных факторов,...
-
Атмосфера. Воздух - источник кислорода для дыхания и углекислого газа для фотосинтеза. Он защищает биосферу от вредных космических излучений и...
-
Оптимальные условия те, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов...
-
Свет не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как при минимальном уровне, так и при максимальном. Под термином свет подразумевается весь...
-
Растения делятся на световые (светолюбы - гелиофиты), теневые (тенелюбы - сциофиты, гелиофобы), теневыносливые (факультативные гелифиты). Гелиофиты -...
-
Введение - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов
1. Основная задача экологических исследований состоит в накоплении, систематизации и анализе информации о количественном характере взаимоотношений между...
-
Человек в экстремальных условиях - Окружающая среда и здоровье человека
Экстремальными условиями считаются опасные условия среды, к которым организм не имеет должных адаптаций. Человек, как и любой другой живой организм,...
-
Биологические загрязнения и болезни человека
Все процессы в биосфере взаимосвязаны. Человечество - лишь незначительная часть биосферы, а человек является лишь одним из видов органической жизни....
-
Биологические загрязнения и болезни человека. - Загрязнение окружающей среды и здоровье населения
Кроме химических загрязнителей, в природной среде встречаются и биологические, вызывающие у человека различные заболевания. Это болезнетворные...
-
ИСТОЧНИКИ ШУМА - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов
Таблица 1 Непроизводственные (коммунальные) шумы ДБ Производственные шумы ДБ Типографии **) 74 Нижний предел чувствительности уха *) 0 Машинописное...
-
Для оценки воздействия любого объекта на окружающую среду большое значение имеет сбор первичной информации. Только опираясь на эту информацию, можно...
-
Классификация природных объектов - Последствия взаимодействия человека с окружающей средой
Существуют три основных типа включения человеком природы в общество: 1. Первый - техносфера, связанная с природой через добывающую промышленность: Это -...
-
Растения не имеют постоянной температуры тела и, в отличие от животных, не могут уйти в укрытие от жары или холода. К вредному воздействию...
-
Термин биосфера, впервые предложенный австрийским геологом Зюссом, обозначает одну из оболочек Земли (наряду с гидросферой, атмосферой и литосферой),...
-
Понятие о среде обитания и экологических факторах - Вода как фактор среды обитания
Среда обитания Организма - это совокупность аблотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы...
-
Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды - Общая экология
Экологические факторы могут выступать как: - Раздражители и вызывать приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; - Ограничители...
-
С позиции самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьезных...
-
Водные объекты в местах расположения предприятий целлюлозно-бумажной отрасли подвергаются отрицательному воздействию. Высокое содержание в них...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Биологические виды как элементы биоценозов - Международное право и охрана окружающей среды
Исчезновение какого-либо вида или группы видов может привести к далеко идущим последствиям для того сообщества, в котором этот вид обитает. Для умеренной...
-
Воздействие человека на окружающую среду - Жизнедеятельность человека и окружающая среда
Загрязнение антропогенный климат Воздействие - непосредственное влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду. Все виды...
-
Проблемы адаптации человека к окружающей среде - Окружающая среда и здоровье человека
В истории нашей планеты (со дня ее формирования и до настоящего времени) непрерывно происходили и происходят грандиозные процессы планетарного масштаба,...
-
Состояние окружающей среды и здоровье человека - Проблемы экологии биосферы
В настоящее время значительная часть болезней человека связаны с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями атмосферы,...
-
Современное состояние биосферы. Взаимодействие человека и природы - Проблемы экологии биосферы
Биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном...
-
Современные процессы, связанные с увеличением интенсивности воздействия человека на природную среду, рост многообразия форм ее преобразования не только...
-
В связи с тем, что обувная фабрика № 1 потребляет большое количество воды на технологические нужды и является источником загрязнения водоемов, проблема...
-
Вода как фактор среды обитания - Вода как фактор среды обитания
Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы...
-
На всем протяжении истории человечества воздействие общества на природу развивалось не как простой линейный процесс. Напряженная, а в ряде случаев...
-
Введение, Действие загрязненной воздушной среды на организм человека - Загрязнение воздуха
Воздух является важнейшим элементом, составляющим среду обитания человека, ибо непосредственно и непрерывно окружает человеческий организм, постоянно и...
-
Биосферно-экологическая концепция - Последствия взаимодействия человека с окружающей средой
В основу 2-й, биосферно - экологической концепции положено учение В. Г. Горшкова о биотической регуляции и устойчивом развитии /Горшков В. Г.. Физические...
-
Влияние экологии на здоровье человека - Экология и здоровье
В России к началу 1998 г, средняя продолжительность жизни составила по России в целом 66,9 лет: у мужчин - 61 год, у женщин -- 73,1 года. К середине 90-х...
-
Метод оценки жизненного в управлении отходами Концепция ОЖЦ как инструмента экологического менеджмента Оценка жизненного цикла может быть определена, как...
-
Взаимодействие человека с окружающей средой - Экологические основы природопользования
Наряду с изучением экологии животных, растений и их сообществ в последние годы все большее внимание ученых привлекает адаптация человека к своей среде...
-
Проблемы адаптации человека к окружающей среде - Экология и здоровье человека
В истории нашей планеты (со дня ее формирования и до настоящего времени) непрерывно происходили и происходят грандиозные процессы планетарного масштаба,...
-
Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода. в...
-
Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды. - Биосфера и человек
В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном уровне развития...
-
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БИОСФЕРЫ - Состояние окружающей среды
Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в...
Состояния покоя - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов