Таблица по экологии "Среды жизни"
план-конспект занятия по экологии (10 класс) по теме

Среда обитания

Факторы среды

Физико-химическая характеристика

Тенденция изменения факторов в средах обитания

Адаптации, примеры

1.Водная

Плотность воды

Вода отличается от воздуха большей плотностью (в 800 раз больше). Плотность до 1,35г/см3.

В водной толще на каждые 10 м. глубины давление возрастает на 1 атм. Давление на дне достигает 1000 атм.

Эврибатные: голотурии рода Elpidia, черви Priapulus caudatus обитают от прибрежной зоны до ультраабиссали. Пресноводные обитатели: инфузории туфельки, сувойки, жуки-плавунцы выдерживают до 6*107  Па(600атм.)

Стенобатные: мелководные, глубоководные виды (на литорали пескожил Arenicola, моллюски морские блюдечки( Patella), рыбы из группы удильщиков, головоногие моллюски, ракообразные, погонофоры, морские звезды.

  Плотность  обеспечивает возможность животным опираться на нее, особенно для бесскелетных форм: простейшие, медузы, сифонофоры,  моллюски - Glaucus atlanticus, разнообразные мелкие рачки-Setella.

Адаптации:

1.общее увеличение относительной поверхности тела за счет уменьшения размеров, сплющенности, удлинения, развитие многочисленных выростов или щетинок, что увеличивает трение о воду, 2. Уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопления в теле жиров(диатомовые вдоросли), пузырьков газа(ночесветка Noctiluca, сифонофоры, медузы).

Температура

Более устойчива, чем на суше т.к. высокая удельная теплоемкость-потеря значительного количества тепла не вызывает резких изменений температуры.

   Испарение воды с поверхности водоемов (затрачивается 2263,8 Дж/г. - препятствует перегреванию нижних слоев); образование льда - замедляет их охлаждение.

Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-15 0С, в континентальных водоемах - 30-35 0С. Глубокие слои - постоянная температура. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +(26-27) 0С , в полярных- около 0 0С и ниже. В горячих наземных источниках t может приблизиться к 1000С

В подводных гейзерах при высоком давлении на дне океана t=+3800С.

  Летом прямая стратификация: наиболее теплые слои у поверхности, холодные у дна. Поверхностные слои становятся менее плотными и не опускаются (летняя стагнация). Зимой обратная стратификация: поверхностный слой воды имеет t=0, на дне t=4; с глубиной t повышается. Осенью поверхностные слои снова охлаждаются до 4 и опускаются на дно, вызывая вторичное перемешивание масс - осенняя гомойтермия.

С более устойчивым температурным режимом воды  в большей мере распространена стенотермность (сайка). Эвритермные виды встречаются в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт.

Свет

Света в воде гораздо меньше, чем в воздухе. Часть падающих на поверхность лучей отражаются в воздушную среду. Отражение тем сильнее, чем ниже положение солнца, поэтому день под водой короче, чем на суше.

<150 нм.-зона ионизирующей радиации

150-400 нм.- УФ

400-800нм.- видимый свет

800-1000нм.-ИФ

Быстрое убывание количества света с глубиной связано с поглощением его водой.

Лучи с разной длиной волны поглощаются не одинакого: красные исчезают уже недалеко от поверхности, тогда как сине-зеленые проникают значительно глубже. Сгущающиеся с глубиной сумерки в океане имеют вначале зеленый, затем голубой, синий, сине-фиолетовый цвета, сменяясь в дальнейшем постоянным мраком.

Летний день около острова Мадейра на глубине 30м.-5ч., а на глубине 40м. всего 15мин.

Окраска животных меняется с глубиной так же закономерно. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели литоральный и сублиторальной зон. Многие глубинные организмы, подобно пещерным, не имеют  пигментов.

 В  сумеречной зоне широко распространена красная окраска ( характерна для морского окуня, красного коралла ,ракообразные…), которая является дополнительной к сине-фиолетовому свету на глубинах.

  Соответственно сменяют  друг друга с глубиной зеленые (им доступны красные лучи, т.к. есть хлорофилл), бурые(Бурый пигмент- фикофеин, фукоксантин) и красные водоросли(фикоэритрин), специализированные на улавливании света с разной длиной волны.

 У обитателей поверхностных водоемов разделяются на две части с разной способностью к преломлению лучей. Одна половина глаза видит в воздухе , другая- в воде ( жуки-вертячки, американская рыбка Anableps tetraphthalmus, тропический вид морских собачек Dialommus fuscus.

Солевой режим

Наиболее важными из растворенных веществ в воде являются карбонаты, сульфаты, хлориды. Важным элементом в пресных водах является содержание кальция. Кальций может выступать в роли ограничивающего фактора. В морской воде обнаружены не менее 40 металлов. По степени и значимости первое место занимает поваренная соль, затем хлористый барий, сернокислый магний, хлористый калий. Соленость открытого океана-35г/л, Черного материала-19г/л.

Большинство пойкилосмотичны: осмотическое давление в их теле зависит от солености окружающей воды (при опреснении поверхностных слоев моря после сильных дождей радиолярии, морские рачки Calanus опускаются на глубину 100м.)

 Гомоосматические виды (позвоночные животные, высшие раки, насекомые и их личинки) сохраняют постоянное осмотическое давление в теле не зависимо от концентрации солей в воде. Имеют непроницаемые покровы тела.

Способны переходить в неактивное состояние - анабиоз в результате дефицита воды в теле при возрастании солености (коловратки, жгутиковые, инфузории, черноморские полихеты Nereis divesicolor.

Эвригалинные виды способны в активном состоянии обитать как в пресной, так и в соленой воде. В основном это виды населяющие эстуарии рек, лиманы и другие солоноватоводные водоемы.

    У пресноводных видов соки тела гипертоничны по отношению к окружающей воде. У простейших осморегуляция достигается работой выделительных вакуолей, у многоклеточных - удалением воды через выделительную систему. Инфузории каждые 2-2,5 мин. выделяют кол-во воды, равное объему тела.

Кислородный режим

В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10 мл. в 1л., это в 21 раз ниже, чем в атмосфере

Верхние слои водной толщи, как правило, богаче этим газом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается.

В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться резкий дефицит кислорода из-за усиленного его потребления.

 Около дна водоемов условия могут быть близки к анаэробным.

В Мировом океане богатые жизнью глубины от 50-1000 м. характеризуется резким ухудшением аэрации - она в 7-10 раз ниже, чем в поверхностных водах, населенных фитопланктоном.

   Среди водных обитателей большинство эвриоксибионтов, например, пресноводные олигохеты Tubifex tubifex, брюхоногие моллюски Viviparus viviparous.

 Стенооксибионты: радужная форель,кумжа, гольян, реснитчатый червь Planaria alpine, личинки поденок, веснянок.

2.Наземно-воздушная среда

Плотность

Низкая плотность определяет низкую подъёмную силу и незначительную опорность.

 Малая подъёмная сила определяет предельную массу и размеры наземных организмов.

Малая плотность создает незначительную сопротивляемость передвижению.

Обитатели связаны с субстратом (корни у растений). Опора: появляется скелет, механические и опорные ткани у растений.

Плотность затрудняет передвижение по вертикали.

Крупные млекопитающие не могли бы жить на суше, т.к. были бы раздавлены собственной тяжестью.

  Высокие прямостоячие растения секвойи –Sequoja sempervirens,(100м.) обладают мощной опорной древесиной, а у гигантских бурых водорослей- Macrocystis  (50м) слабо обособлены механические элементы в сердцевинной части таллома.

75% всех видов наземных животных способны к активному полету (насекомые, птицы, а так же есть млекопитающие, рептилии).

   Характерна анемохория (расселение с помощью воздушных масс). Аэропланктон имеют мелкие размеры тела, увеличение площади за счет выростов, сильного расчленения большой относительной поверхности крыльев, использование паутины (личинка непарного шелкопряда, перепончатокрылые).

Для растений характерны малые размеры семян и плодов (семена кипрея); крыловидные у клена;парашютовидный одуванчик. Опыление ветром (цветочные покровы редуцированы, пыльники не защищены).

Медоносная пчела летить только при силе ветра до 8 м/с, тля- 2,2 м/с; развиваются плотные покровы - защита от переохлаждения и потери влаги.

 На островах, где постоянно дуют сильные ветра, птицы и насекомые не имеют крылья и способность к полёту (остров Мадейра 550в. жуков 200 в. не летают)

Где  постоянно дуют сильные ветра, беден видовой состав мелких летающих животных.

Давление

Относительно низкое, обусловлено малой плотностью воздуха.

В целом наземные организмы более стенобатны, чем водные, потому что обычные колебания давления в окружающей их среде составляют доли атмосферы, и для поднимающихся на большую высоту, например птиц, не превышают 1/3 нормального.

Газовый состав

В приземном слое однороден:

О2  20,9%

N 79,1%

CO2  0,03%, благодаря его высокой диффузионной способности и постоянному перемешиванию конвекционным и ветровым потоками.

Кислород из-за постоянного высокого его содержания не является фактором, лимитирующим жизнь.

В отдельных участках приземного слоя воздуха содержание углекислого газа может изменяться в довольно значительных пределах.

Только местами, в специфических условиях, создается временный дефицит кислорода.

Содержание углекислого газа в атмосфере может меняться в результате сжигания ископаемого топлива, обмена с биосферой и океаном.

Закономерны суточные изменения содержания углекислоты в приземистых слоях, обусловленные ритмом фотосинтеза растений.

Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ и на базе высокой эффективности окислительных процессов возникла гомойотермия животных.

В разлагающихся растительных остатках, запасах зерна, мук и т.д.

Так, при отсутствии ветра в крупных промышленных центрах, городах концентрация его может возрастать в десятки раз.

На примере суточных изменений вертикального профиля концентрации СО2 в воздухе леса показано, что днем на уровне крон деревьев углекислота расходуется на фотосинтез, а при отсутствии ветра здесь образуется зона, бедная СО2 (305 ч. на млн.), в которую поступает СО2 из атмосферы и почвы (дыхание почвы). Ночью устанавливается стабильное расслоение воздуха с повышенной концентрацией СО2 в припочвенном слое.

Световой режим

Водный режим

Температурный режим

К поверхности Земли  доходит 42-70% света.

В облачные дни рассеянная радиация составляет

100%.

Коротковолновая радиация поглощается озоновым экраном и кислородом. ИФ лучи в атмосфере водяными парами и углекислым газом. Остальная часть к поверхности Земли.

В ясные дни солнечная радиация на 45% состоит из видимого света(380-400нм.) и на 45% ИФ излучения, 10%- УФ.

Коротковолновые лучи больше, чем длинноволновые, поглощаются и рассеиваются атмосферой.

Чем меньше воздух насыщен парами воды, тем интенсивнее испарение с поверхности тела животных и транспирация у растений.

Количество радиации обусловлено географической широтой местности, продолжительность дня, прозрачность атмосферы и углом падения солнечных лучей.

В высоких широтах преобладает рассеянная радиация, в тропиках - прямая.

Вследствие загрязненности атмосферы освещенность может быть 15%.

Освещенность на поверхности Земли варьирует в широких  пределах. Все зависит от стояния Солнца над горизонтом или угла падения солнечных лучей, длины дня и условий погоды, прозрачности атмосферы.

 Интенсивность света также колеблется в зависимости от времени года и времени суток. В отдельных районах Земли неравноценно и качество света.

В отдельных районах Земли неравноценно и качество света, например, соотношение длинноволновых (красных) и коротковолновых (синих и УФ.) лучей.

Характерен дефицит влаги. От полного насыщения водными парами (область экваториального и муссонно-тропического климата) до полного отсутствия (пустыни)100мм. в год.

Большой размах температурных колебаний  (сезонный размах t в пустынях Средней Азии 68-77С, а суточный 25-35С). В окрестностях Якутска среднеянварская t воздуха -43С, среднеиюльская+19С, а годовой размах -64С до 35С.

 Приземный слой воздуха испытывает резкие суточные колебания t, которые в наибольшей степени выражены над оголенной почвой. Под пологом леса влажность воздуха выше, а колебания температуры меньше, чем на полянах.

Среди растений выделяют: Гелиофиты (светолюбивые), сциофиты (тенелюбивые), теневыносливые – отличаются положением экологического оптимума.

   Состояние растения

     1         2           3

 0              50             100

                     Освещенность,%

1-гелиоиты

2- сциофиты

3- теневыносливые.

Гелиофиты преимущественно в степях, лугах (верхний ярус травостоя), лишайники на скалах, растения открытого грунта, сорняки.

Сциофиты:

- нижние затененные яруса сложных растительных сообществ (комнатные, оранжерейные).

Анатомо-морфологические приспособления: неодинаковая величина листовых пластинок у родственных по систематике, растений (луговой колокольчик и лесной; фиалка лесная и полевая). У гелиофитов в «опасные» дневные часы листья ориентированы под углом (получают скользящие лучи)- степные растения.

« Компасные растения», дикий латук, листья ориентированы с севера на юг, в полдень радиация минимальна.

У теневыносливых для максимального получения радиации. Лист имеет строение как основного приемника. У гелиофитов поверхность листа способствует отражению солнечных лучей (блестящая у лавра, восковой налет - у кактуса и молочая). У сциофитов - толстая кутикула, густое опушение. Частяк, копытень имеют большое количество мелких хлоропластов. При слабом освещении располагаются диффузно. При ярком - пристеночно и ребром к направлению лучей.

В горных местностях, поэтому всегда больше коротковолновой солнечной радиации.

В отличие от водорослей у наземных растений: появляется кутикулярная защита от транспирации и сильная вакуолизация  их клеток. Ксерофильность характерна только для наземно-воздушной среды. Снежный покров предохраняет от вымерзания зеленые части растений (вероника, копытень).

 Парообразную влагу из воздуха могут впитывать ветви кустарников саксаулы (Halaxylon persicum, Halaxylon aphyllum). Способны впадать в анабиоз (мхи, лишайники). Адаптация к дефициту влаги: кактусы покрыты колючками, воду запасают в стеблях, образуются складки. Пережить несколько лет засухи способен Сагуаго за счет запаса воды и воскового налета. Молочай - суккуленты запасают воду в листьях. На листьях степных и торных камнеломок, горечавок имеются пробочки из извести закрывающие специальные отверстия. Во время дождя они поднимаются от воды, а при высыхании отпускаются – испарение. У мокрицы высасывать воду могут волоски, расположенные на узлах, где задерживается вода. Образование у основания глубокой чашки - сильфиум пронзннолистный. Солеросы покрыты соленой корочкой - отражают солнечные лучи, защита от перегрева. Ночью соль поглощает влагу. Гуттация-удаление избыточной влаги (луговые травы).

  У животных увеличивается к зиме опорная поверхность ног путем обрастания их жесткими волосами, перьями роговыми щитками. Другие мигрируют или впадают в  неактивное состояние – сон, спячку. Сезонная смена окраски у белой и тундряной куропаток, горностая, зайца, ласки, песца.

Снижение температуры растений по сравнению с окружающим воздухом чаще всего отмечается  в сильноосвещенных и прогреваемых участках наземной среды (пустыня, степь) где листовая поверхность редуцирована, а усиленная транспирация способствует удалению избытка тепла и предотвращает перегрев.

В жарких местообитаниях температура надземных частей растений ниже, а в холодных - выше температуры воздуха.

 Карликовая ива на Аляске, у которой днем листья теплее воздуха на 2-11С и даже в ночные часы молярного «круглосуточного дня»- на 1-3С

3. Почва

Влага

Наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой.

Влага в почве присутствует в различных состояниях:

1.связанная (прочно удерживается поверхностью почвенных частиц)

2.капиллярная (занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях)

3.гравитационная (заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести)

4.парообразная (в почвенном воздухе)

Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время.

Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов.

В сухой почве остается только связанная вода и условия приближаются к наземным, воздух влажнее наземного.

- Почвенные формы намного мельче пресноводных и отличаются способностью долго находиться в инцистированном состоянии, пережидая неблагоприятные периоды. Напр., почвенные амебы- 2-5 мкм, почвенные инфузории имеют карликовые размеры и могут сильно менять форму тела.

-Насыщенный водяными парами почвенный воздух позволяет дышать через покровы (напр., дождевые черви, энхитреиды – только кожное дыхание).

-Многие виды не имеют трахейной системы.

- Частичная непроницаемость покровов.

-Защитные чешуйки на теле.

- Сплошной толстостенный панцирь с эпикутикулой.

-Тело с малым поперечным сечением, способное изгибаться в извилистых ходах (напр., многоножки).

- Недоразвитые глаза, компактное вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями (напр., слепыши, слепушонки, цокоры - проводят в почве всю жизнь).

Обитатели нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и др.):

- напр., у барсуков длинные когти и сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины.

- напр., у кроликов укорочены уши, прочный череп.

Воздух

Состав почвенного воздуха изменчив. В связи с присутствием в почве разлагающихся органических веществ в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, метан и др.

При затоплении почвы или интенсивном гниении растительных остатков местами могут возникать полностью анаэробные условия.

С глубиной сильно падает содержание О2( от 20% до 1%) и возрастает концентрация СО2 (в верхнем слое-0,3 – 1,5%, на глубине 20-30 см – 2,0-3,0%).

Высокие дозы СО2  влияют на развитие и морфологию микроорганизмов:

- некоторые бактерии начинают образовывать фимбрии

-мукоровые грибы переходят от мицелиального к дрожжевому росту

Температура

В почве сглажены температурные колебания по сравнению  с приземным слоем воздуха.

Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся меньше и на глубине 1-1,5 м практически уже не прослеживаются.

По отношению к температуре среди микроорганизмов выделяют мезофильные, термофильные, психрофильные и термотолерантные группировки.

         рост

                  2    3             4      5

        1

-10 0+10 20 30 40  50  60  70  80 90 100                                                                                 T0С

1-психрофилы

2- мезофилы

3-термотолерантные

4,5-термофилы

Рис. Разделение МО на группы по температурным границам роста (И. П. Бабьева, биология почв, стр. 248)

4.Организм

Использование одними живыми организмами других в качестве среды обитания – очень древнее и широко распространенное в природе явление. Даже прокариотические организмы (бактерии, актиномицеты) имеют сожителей. Практически нет ни одного вида многоклеточных организмов, не имеющих внутренних обитателей.

Паразитов больше всего среди микроорганизмов и относительно примитивных многоклеточных, а подверженность заражению паразитами наиболее высока у позвоночных животных и цветковых растений.

Одно из главных преимуществ паразитов – обильное снабжение пищей за счет содержимого клеток, соков и тканей тела хозяина или содержимого его кишечника.

Вторым преимуществом паразитов является защищенность от непосредственного воздействия факторов внешней среды.

Живые организмы не только испытывают воздействия со стороны паразитов и симбионтов, но и энергично реагируют на них.

- Достигают больших размеров (напр., бычий и свиной солитеры – гиганты среди плоских червей, достигают в длину 8 – 12 м)

- Вторичное упрощение строения, напр., ленточные черви, всасывающие переваренную хозяином пищу через покровы, отличаются отсутствием пищеварительной системы и редукцией нервной.

- Полноценные, здоровые особи растений и животных часто обладают действенными защитными приспособлениями, не позволяющими проникать в них патогенным организмам.

- Напр., устойчивость хвойных деревьев к нападению стволовых вредителей (жуков – короедов, личинок златок, усачей и пр.) обеспечивается, прежде всего, выделением смолы, которая содержит соединения, токсические для этих насекомых.

- Напр., у животных защитной реакцией от вторжения посторонних организмов является образование в крови хозяина специфических белковых веществ, антител, подавляющих паразитов.

- В ряде случаев организм хозяина отвечает на вторжение паразита разрастанием окружающих его тканей, образованием своеобразной капсулы, изолирующей паразита (у животных – зооцецидии, у растений – галлы)

Недостаток кислорода в тканях организмов – хозяев.

Среда обитания ограничена как во времени (жизнью хозяина), так и в пространстве.

В разных частях тела многоклеточного организма условия неоднородны. Хозяин выступает для своих обитателей как многообразная среда.

- Вырабатывается преимущественно анаэробный тип обмена (энергия высвобождается за счет разных видов брожения)

- Однако, целый ряд паразитов не утрачивает полностью способности к дыханию и может переключаться с анаэробного типа обмена на аэробный, напр., жгутиковые Trichomonas, эхинококк и др.

- Повышенная способность к размножению (напр., человеческая аскарида продуцирует в среднем 250 тыс. яиц за сутки, а за всю жизнь – свыше 50 млн.)

- Выработка сложных жизненных циклов

- Использование переносчиков и промежуточных хозяев

Паразиты приспособились к жизни в определенных органах и тканях, они приурочены к определенному возрастному и физиологическому состоянию организма.

- Напр., в пищеварительном тракте кролика одновременно могут паразитировать несколько видов кокцидий, каждый из которых локализуется в определенных частях кишечника: Eimeria media – в начальном отделе тонкой кишки, E. irresidua – в средней, а E. magna – в последней ее петле, E. piriformis – преимущественно в слепой кишке и т.д.