Влага в жизни организмов - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов
Вода - основа протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных соков. Только при наличии воды в организме протекают процессы фотосинтеза, терморегуляции, обменных процессов. Наиболее высоко содержание воды в периоды активной жизнедеятельности (табл. 1) и в молодом возрасте.
Таблица 1
Содержание воды в различных организмах, % от массы тела
(по Б. С. Кубанцевой, 1973)
Растения |
Содержание воды |
Животные |
Содержание воды |
Водоросли Морковь корни) Разнотравье Листья деревьев Стволы деревьев Картофель (клубни) |
|
Губки Моллюски Насекомые Ланцетник Земноводные Млекопитающие(мышечные ткани) |
До 93 68-83 |
Но и в состоянии покоя растения не теряют влагу полностью. В сухих лишайниках содержится до 5-7% воды, в зерновках злаков - 12-14%. Независимо от климата и почвенных условий в течение года всегда можно выделить такие периоды в развитии растений, за исключение растений влажных тропиков, когда они испытывают дефицит влаги. При остальных благоприятных условиях он сильно сказывается на росте и развитии растений, обусловливает их низкорослость и бесплодие.
В процессе эволюции у растений и животных выработался многочисленные сложные приспособления, позволяющие поддерживать водный баланс и обеспечивать экономное расходование воды. Растения пустынь и степей приспособились к острому дефициту влаги, болотные и влажно-тропические растения - к избытку, а лесным видам необходима высокая влажность воздуха и умеренная влажность почв. Как и в отношении остальных факторов, эти приспособления-адаптации группируются в анатомо-морфологические, физиологические и поведенческие.
Источниками влаги для растений служат запасы ее в почве и атмосфере (осадки, туманы, конденсаты), для наземных животных - вода в водоемах, водяные пары в атмосфере и сочная пища. При анализе влияния влаги на живые организмы важно учитывать сезонное распределение и температурный режим среды обитания. Разные комбинации содержания воды и температуры в среде обитания создают множество разных ситуаций, благоприятных и наоборот. Соотношение температуры и влажности характеризует климат конкретной территории и важно для выбора популяцией вида стации обитания.
Влажный воздух обладает хорошей теплопроводностью. При высокой влажности в холодном воздухе у гомотермных животных усиливаются процессы метаболизма, а у пойкилотермных животных и растений они замедляются. В сухом воздухе при низкой температуре охлаждение происходит медленнее, а в сухом и жарком воздухе активизируются процессы терморегуляции, усиливается испарение с поверхности. Во влажном и жарком воздухе испарения с поверхности резко падает и высока вероятность нагрева организма до температуры воздуха (перегрев). Наиболее благоприятные условия складываются в диапазоне температур 17-23°С и в диапазоне относительной влажности воздуха 85-100%.
По отношению к влажности различают эвригигробионтные и стеногигробионтные организмы. Первые живут в широком диапазоне содержания влаги, а для вторых она должна быть либо высокой, либо низкой, либо промежуточной между первыми двумя. Это относится и к растениям и к животным, несмотря на то, что вторые имеют возможность отыскивать места с оптимальной влажностью. И те и другие могут легко переносить дефицит влаги (копытные, верблюд, варан, пищуха-сеноставка, из растений: лишайники, суккуленты, многие злаки, полыни, и т. д.), а могут и вовсе не выносить сухости (земноводные, пресмыкающиеся, ластоногие, из растений: все плавающие растения, сфагновые мхи, многие папоротники, из высших: недотрога обыкновенная - быстро теряет тургор, калужницы, адокса мускусная, и др.).
По способу регулирования водного режима своего тела растения делятся на пойкилогидрические (пойкилогидридные) и гомойгидрические (гомогидридные). У первых содержание воды в тканях непостоянно и зависит от влагообеспеченности биотопа (наземные водоросли, лишайники (!), мхи, тропические папоротники, из высших растений - пустынная осока (C. physodes). У них нет анатомических приспособлений, защищающих от испарения. У большинства отсутствуют устьица и транспирация равна испарению. Тела у них высыхают до воздушно-сухого состояния, а во влажную погоду напитываются водой и зеленеют. У вторых (большинство покрытосеменных растений) содержание воды более-менее постоянно при любой погоде - они регулируют испарение путем закрывания устьиц и складывания листьев, в оболочках клеток у них содержатся водонепроницаемые вещества (кутин, суберин).
По отношению к водному режиму экотопа (экотоп - совокупность факторов местообитания) растения делятся на влаголюбивые (гигрофиты), сухолюбивые (ксерофиты) и умеренно влаголюбивые (мезофиты).
Гигрофиты (калужницы, болотные осоки, злаки, папоротник оноклея чувствительная, белозор, росянка, недотрога обыкновенная, все бальзамины, аир, белокрыльник, рдесты, рогоз, сфагны, рис, кислица) обитают в очень влажных местах и обладают низкой засухоустойчивостью. У них всегда открыты устьица и процесс транспирации регулируется слабо. Устьца располагаются с обеих сторон, немногочисленны. Листья крупные тонкие. Потеря 15-20% запаса воды для них невосполнима. Они растут или в глубокой тени по пологом влажного леса (теневые гигрофиты) или на открытом месте на переувлажненных или покрытых водой почвах (световые гигрофиты). Для них характерны толстые слаборазветвленные корни с минимальным количеством сосущих корней. В органах обилие воздушных полостей (аэренхима) для аэрации тканей.
Мезофиты - способны непродолжительно переносить незначительные почвенную и атмосферную засухи. К ним относятся луговые и многие лесные травы (неморальные), лиственные и хвойные деревья лесов умеренной полосы, многие кустарники, большинство сельскохозяйственных культур. Устьица расположены на нижней стороне листьев. Листья большие с умеренно развитыми тканями. Благодаря регулированию устьичной транспирации, характеризуются большой пластичностью по отношению к условиям увлажнения. Могут расти вместе с гигрофитами и с ксерофитами, приобретая черты близкие той или другой группе. Для них типичны хорошо развитые корневые системы смешанного типа, с густой сетью сосущих корней.
Ксерофиты - растения сухого и жаркого климата и местообитаний - пустынь, степей, саванн, в лесной зоне - растения сухих сосняков и широколиственных лесов на крутых южных склонах. Они не выносят переувлажнения, но хорошо приспособились к длительным засухам. Для них характерны два способа преодоления засухи: активное регулирование водного баланса и способность выносить сильное иссушение тканей.
У ксерофитов очень мощные корневые системы - по массе в 9-10 раз превышают надземные органы. Они или экстенсивного типа (кустарники) - длинные (10-15 м), но мало разветвленные; достигают уровня грунтовых, или интенсивного (злаки) - охватывают небольшой объем почвы (до 1,5 м глубины) и густо ветвятся, максимально усваивая влагу. Анатомические особенности - хорошо развита водопроводящая система, сеть жилок на листовых пластинках очень густая, позволяет быстро пополнять запасы воды, израсходованной на транспирацию. Основные черты ксерофитности, некоторые из них присущи также гелиофитам и термофилам и описаны выше:
- 1. Мелкие, узкие, сильно редуцированные листовые пластинки - способствуют снижению транспирации (в Приморье - селагинелла, плауны). 2. Уменьшение (сбрасывание) листовой поверхности в наиболее сухие периоды вегетации (летний листопад). 3. Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию благодаря развитию мощных покровных тканей, наличие разных выростов, волосков, железок на эпидермисе ("войлочное опушение" - у эдельвейсов). 4. Усиленное развитие мех. тканей листа, предотвращающих обвисание листьев при потере тургора.
Виды с наиболее выраженными перечисленными свойствами представлены склерофитами (от греч. "склеро" - твердый, жесткий; саксаул, чертополоъх, полыни, статице, ковыли, молочаи и др.). Устьиц много, но они при недостатке воды закрываются. Растения могут полностью терять все листья и до 15% воды. В клетках склерофитов преобладает связанная вода.
Другая большая группа ксерофитов - суккуленты (от лат. "суккулентус" - сочный, жирный), растут в жарком сухом климате там, где проходят кратковременные, но сильные обильные ливни. Во время дождей накапливают в листьях (алоэ, агавы, молодило) или стеблях (молочаи, кактус опунция) большие запасы воды, а потом медленно ее расходуют. Устьиц мало, они мелкие, в углублениях, и открываются только ночью.
В северных широтах и высоко в горах аналоги ксерофитам - психрофиты (влажные и холодные места - мхи, в некотором роде багульник болотный, андромеда) и криофиты (сухие и холодные места - лишайники, вересковые кустарнички, в т. ч. кассиопа четырехгранная, арктоус альпийский, и даже брусника). Они испытывают недостаток влаги из-за физиологической недоступности почвенной влаги, обусловленной низкими температурами почв.
Тропофиты - в жарких районах с чередованием засушливого и влажного сезонов (баобабы в Африке), растения сбрасывают листву и пребывают в состоянии глубокого покоя летом.
Эуксерофиты - растения степей с розеточной и полурозеточной ЖФ (Saxifraga omolojensis, S. nivalis, Arenaria sp. - кошачья лапка) и сильным опушением листьев. В сухих дубняках в верхней части южных склонов такая экобиоморфа характерна для полыни побегоносной (Artemisia stolonifera). Стипоксерофиты - тоже растения степных экосистем ("стипо" - степь), узколистные, дерновинные злаки (вейники, типчаки, тонконог, мискантус), из с/х культур - кукуруза. Они слабо транспирируют, в сухую погоду листья сворачиваются в трубочку.
Эфемеры (весенние и осенние) - однолетние растения (незабудка песчаная, вероника весенняя, маки альпийские, в Приморье на горе Ольховая - офелия), и эфемероиды - многолетние растения (крокусы, тюльпаны, прострелы), тоже обитатели засушливых местообитаний. Они избегают летних засух в связи с особенностями жизненных циклов. В короткие сроки - за 15-30 дней, растения успевают пройти весь жизненный цикл и уйти на покой до следующей весны.
Эфемерами могут быть и животные - в Приморье бабочки-поденки, в Африке рыбы, обитающие в небольшие водоемах - африканские нотобранхи.
Среди животных тоже можно выделить три экологических группы, но из-за подвижного образа жизни они выражены неявно.
Гигрофилы - не могут накапливать и долго удерживать в тканях запасы воды - многие членистоногие: мокрицы, ногохвостки, комары, белоножки (гнус), а также наземные моллюски и амфибии. Нуждаются в постоянно выокой влажности воздуха. Мезофиллы - животные, обитающие в условиях умеренной влажности. Их большинство, как среди насекомых, так и среди млекопитающих. Ксерофилы - сухолюбы и термофилы одновременно, не переносят высокую влажность воздуха. У них хорошо развиты механизмы водообмена и функции удержания воды в теле. У пресмыкающихся отсутствуют кожные железы, из тела выделяется мочевая кислота, а не мочевина (для растворения мочевины нужно больше воды). У черепахи вода запасается в мочевом пузыре, грызуны воду получают с пищей. Верблюд, тушканчики, курдючные овцы воду получает в результате окисления жиров, при котором образуется метаболическая вода. В таблице 2 приведены примеры приспособления живых существ к жизни в пустыне.
Таблица 2
Адаптации к засушливым условиям у растений и животных (по Н. Грину и др., 1993)
Толстый стебель с большим от-ношением объема к поверхности. Животные прячутся в норах
Адаптации |
Примеры организмов |
Уменьшение потери воды | |
Листья превращены в иглы или колючки |
Cactасеае (кактусы), Euphorbiасеае (молочаи), хвойные деревья |
Погруженные устьица |
Рinus, Ammophila |
Листья свернуты в цилиндр |
Ammophila, Ledum palustrum, Rhododendron sichotensis |
Сасtасеае, Euphorbiасеае (суккуленты) | |
Опушенные листья |
Многие альпийские растения |
Сбрасывание листьев при засухе |
Fouguieria splendens толстянковые |
Устьица открыты ночью и закры-ты днем |
Crassulaceae (толстянковые) |
Эффективная фиксация СО2 ночью при не полностью открытых устьицах |
С-4-растения, например, Zea mays |
Выделение азота в виде мочевой кислоты |
Насекомые, птицы и некоторые рептилии |
Удлиненная петля Генле в почках |
Пустынные млекопитающие, например, верблюд, пустынная крыса |
Ткани выносливы к высоким температурам из-за уменьшения потоотделения или транспирации |
Многие пустынные растения, верблюд |
Многие мелкие пустынные млекопитающие, например, пустынная крыса | |
Дыхательные отверстия прикрыты клапанами |
Многие насекомые |
Увеличение поглощения воды | |
Обширная поверхностная корневая система и глубоко проникающие корни |
Некоторые Сасtасеае, например, Opuntia и Euphorbiaceae; Дуб монгольский, Леспедеца |
Длинные корни |
Многие альпийские растения, например, эдельвейс (Leontupodium alpinum) |
Прорытие ходов к воде |
Термиты |
Запасание воды | |
В слизистых клетках и в клеточных стенках |
Сасtасеае и Euphorbiaceae |
Вспециализированном мочевом пузыре |
Пустыннаялягушка |
В виде жира (вода - продукт окисления жира) |
Пустынная крыса |
Физиологическая устойчивость к потере воды | |
При видимом обезвоживании сохраняется жизнеспособность |
Некоторые эпифитные папоротники и плауны, многие мохообразные и лишайники, Сагех physoides |
Потеря значительной части массы тела и быстрое ее восстановление при наличии доступной воды |
Lumbricus terrestris (теряет до 70% массы), верблюд (теряет до 30%) |
Уклонение от проблемы | |
Переживают неблагоприятный период в виде семян |
Эшшольция калифорнийская, Марьянник розовый |
Переживают неблагоприятный период в виде луковиц и клубней |
Некоторые лилии, Хохлатки |
Распространение семян в расчете на то, что некоторые из них попадут в благоприятные условия |
Различные растения |
Поведенческие реакции избегания |
Почвенные организмы, например, дождевые черви, клещи |
Летняя спячка в слизистом коконе |
Дождевые черви, двоякодышащие рыбы. |
Похожие статьи
-
У животных реакции на разный тепловой режим жизнеобеспечения не менее разнообразны, чем у растений. И все они направлены на регулирование уровня...
-
Главным источником тепла на Земле является солнечное излучение, поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло один из наиболее важных факторов,...
-
Растения делятся на световые (светолюбы - гелиофиты), теневые (тенелюбы - сциофиты, гелиофобы), теневыносливые (факультативные гелифиты). Гелиофиты -...
-
Оптимальные условия те, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов...
-
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,...
-
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...
-
Растения не имеют постоянной температуры тела и, в отличие от животных, не могут уйти в укрытие от жары или холода. К вредному воздействию...
-
Свет не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как при минимальном уровне, так и при максимальном. Под термином свет подразумевается весь...
-
Атмосфера. Воздух - источник кислорода для дыхания и углекислого газа для фотосинтеза. Он защищает биосферу от вредных космических излучений и...
-
Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие...
-
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...
-
Теплообмен и температура среды в жизни животных - Экология растений и животных
Микроклимат теплообмен адаптация экологический Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Среды обитания и их влияние на живые организмы На нашей планете существуют 4 среды жизни: 1. Водная 2. Воздушно - наземная 3. Почвенная 4. Организменная...
-
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,...
-
Водная среда жизни. Адаптации организмов к водной среде - Общая экология
Общая характеристика. Водной средой называют такую среду, в которой вода играет важную роль, как наружная среда. Вода занимает приблизительно 71%...
-
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...
-
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...
-
Почвенная среда жизни. Почвенные организмы - Общая экология
Общая характеристика. Почва - является продуктом жизнедеятельности организмов, включая и микроорганизмы, как современных, так и принадлежащих "былым...
-
Водные объекты в местах расположения предприятий целлюлозно-бумажной отрасли подвергаются отрицательному воздействию. Высокое содержание в них...
-
Для оценки воздействия любого объекта на окружающую среду большое значение имеет сбор первичной информации. Только опираясь на эту информацию, можно...
-
Классификация абиотических факторов среды. И воздействия на растения
Абиотическими факторами следует называть все физико-химические воздействия, которые испытывает организм со стороны среды как необходимые для его жизни,...
-
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...
-
Экологические группы растений по степени адаптации к высоким температурам По степени адаптации к высоким температурам можно выделить следующие группы...
-
СРЕДЫ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ - Основы экологии
Жизненные среды. В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания. Это водная среда, на-земно-воздушная среда, почва и среда, образуемая...
-
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...
-
Живой организм как особая среда обитания. Средообразующая роль живых организмов - Общая экология
Использование одними организмами других для удовлетворения своих потребностей - распространенное в природе явление. Нет практически ни одного...
-
Биоценоз (от био. и греч. koinos -- общий), совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши пли водоема и характеризующихся...
-
Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды - Общая экология
Экологические факторы могут выступать как: - Раздражители и вызывать приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; - Ограничители...
-
Животные населяют весь земной шар: сушу, пресноводные водоемы, моря и океаны. Все, что окружает животных в том месте, где они живут, называют средой...
-
Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы...
-
ВВЕДЕНИЕ, РОЛЬ ВОДЫ - Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем,...
-
Мониторинг растительного и животного мира. - Мониторинг окружающей среды
Мониторинг растительного и животного мира предусматривает наблюдения за содержанием тяжелых металлов, радионуклидов и пестицидов в биоте. В данном случае...
-
Введение - Вода как фактор среды обитания
Среда обитания Организма - это совокупность аблотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы...
-
Роль среды для жизни - Основные проблемы экологии и роль среды для жизни
Каждый человек должен заботиться об обеспечении здоровой окружающей среды, постоянно защищать растительный и животный мир, воздух, воду и почву от...
-
Питание и здоровье человека - Влияние окружающей среды на здоровье человека
Каждый из нас знает, что пища необходима для нормальной жизнедеятельности организма. В течение всей жизни в организме человека непрерывно совершается...
-
На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Что принципиально отличает...
-
Влияние загрязняющих веществ на организм человека. - Мониторинг окружающей среды
Основными факторами, формирующими неудовлетворительную санитарно-гигиеническую обстановку в большинстве городах Российской Федерации, являются...
-
Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов - 8-10 км, у экватора - 17-18 км, над остальными территориями - 20-25 км)....
-
Значение в жизни человека - Пути загрязнения окружающей среды радиоактивными элементами
Мир животныx всегда имел и имеет очень важное значение для человека. Наши отдаленныe предки знали диких зверей, птиц, рыб и других животных. жизнь людей...
Влага в жизни организмов - Оценка "комфортности" условий среды обитания человека и биологических объектов