Африканская лисица, 2 - европейская лисица, 3 - песец

Рисунок 5. Относительный размер ушных раковин у зайцев. Слева направо: беляк; толай; американский заяц

Правило Глогера: виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла. Однако это правило не всегда достоверно.

Животные могут регулировать температуру благодаря всевозможным поведенческим реакциям.

Ящерицы рано утром при низкой температуре воздуха выбирают наиболее теплые участки, стараясь располагаться так, чтобы солнечные лучи падали на животное почти под прямым углом. Это увеличивает количество тепла, получаемого ящерицей. По мере повышения температуры воздуха ящерицы покидают занятые утром места и подыскивают иные. В самую жару эти животные предпочитают прятаться в норы, под камни и коряги, где прохладнее, чем на открытых участках. Такое поведение позволяет ящерицам максимально увеличивать свою активность и использовать для жизнедеятельности весь световой день.

Вода и влажность

Вода является важнейшей составной частью живой материи. У многих животных она может составлять до 70—90 % массы тела. У обитателей водной среды ее содержание может даже доходить до 98 %, а у ряда наземных животных не превышает 50 % от массы тела.

Вода играет важную роль в физиолого-биохимических процессах в организме. Большинство реакций проходят с ее участием. Поэтому потери воды могут приводить к гибели живых организмов. Обычно это происходит при потере порядка 30—50 % воды по отношению к весу тела. Лишь очень немногие беспозвоночные могут сохранять жизнеспособность при потерях воды более 50 %, например, колорадский жук, который выживает при его «подсушивании» до 50 % от прежнего веса, тогда как многие другие жуки гибнут при потере 15—25 % воды. Человеку грозит смертью потеря воды более 10 % от массы тела, верблюд может потерять не более 27 %, овца — 23 %, собака — 17 % воды.

Потребление воды живыми организмами осуществляется разными путями. В водной среде это диффузия — получение воды через наружные покровы. Насекомые, моллюски, черви и амфибии могут абсорбировать воду из воздуха. Например, у леопардовой лягушки при температуре +20 °С ежедневное количество воды, поглощенной через кожные покровы и выделенной затем с мочой, может достигать 31 % от общего содержания воды в организме.

Другие животные потребляют воду в процессе питания. Наконец, в организме многих животных образуется так называемая метаболическая вода. Особенно много ее дает метаболическое окисление жиров. Примером тому служат верблюд, кенгуровые крысы, платяная моль и другие.

В отличие от животных, основной путь получения воды растениями — потребление ее из окружающей среды через корневую систему. Наземные растения по отношению к влажности почв делятся на две большие группы: 1) с экстенсивной и 2) с интенсивной корневой системой. У растений первой группы корневая система охватывает большой объем почвы, слабо ветвится. Это, например, береза, саксаул. Интенсивная корневая система густо ветвится, но охватывает незначительный по объему ком земли. Такой тип корневой системы характерен для степных дерновинных злаков, ржи, пшеницы и других растений. Наконец, есть группа растительных организмов, которые могут потреблять воду всей поверхностью. К ним относятся мхи и лишайники.

Оба рассмотренных типа корневой системы присущи растениям, произрастающим в разных географических районах Земли. В засушливых условиях корневая система растений более мощная, чем у растений влажных областей. У многих пустынных кустарников на подземную часть приходится до 90 % биомассы, тогда как в широколиственных лесах только 10 %. У растений засушливых областей корневая система имеет стержневую форму и может проникать вглубь на несколько десятков метров (до 30—35 м у верблюжьей колючки). Такой длинный стержневой корень позволяет растениям получать воду даже в периоды сильной засухи. У растений, которые могут запасать достаточное количество воды, корневая система развита хоть и хорошо, но залегает неглубоко. Примером могут служить кактусы, очитки и другие суккуленты.

Вода, поступающая в растения, на 97—99 % теряется ими в результате процесса транспирации (испарения). Испарение охлаждает листья и способствует (в числе других процессов) круговороту биогенных элементов.

Поскольку большие потери воды неблагоприятны для живых организмов, последние выработали ряд приспособлений, позволяющих максимально снижать потери воды. У многих пустынных растений листья жесткие, кожистые, что не позволяет испаряться большому количеству влаги. Многие из этих растений при высокой температуре опускают листья, направляя их параллельно солнечным лучам. В засушливый период эти растения могут даже сбрасывать листья, переходя в состояние покоя.

По своим морфологическим характеристикам на эту группу растений похожи обитатели наших сфагновых болот: багульник, подбел, мирт и другие. Листья у них также плотные, кожистые, часто сильно подвернуты вниз, от чего становятся очень узкими. Корневая система у этих растений развита слабо. Все строение их свидетельствует о том, что эти растения болот стремятся экономить воду. Но почему? Оказывается, холодная и кислая вода болот труднодоступна растениям. Поэтому последние и вынуждены беречь воду, добываемую с трудом.

Для уменьшения потерь воды при испарении у многих видов растений выработана специальная форма листьев. Чем больше у листа краев, тем легче теряется тепло и меньше потери воды. При малых размерах края листа составляют большую его часть. Поэтому многие растения засушливых областей имеют мелкие или сильно рассеченные листья.

Широким спектром приспособлений, позволяющих сберегать воду, обладают животные. Самый простой способ заключается в наличии водонепроницаемых покровов. Особенно наглядно это проявляется у пустынных беспозвоночных.

Хитин беспозвоночных, кожа пресмыкающихся, птиц и млекопитающих в большинстве своем непроницаемы для воды.

Другой путь предохранения от потерь воды — превращение органов дыхания во внутренние, укрытие их глубоко в теле. Это можно наблюдать у насекомых, паукообразных и других беспозвоночных.

Потери воды при перегреве организма у некоторых животных и птиц могут снижаться за счет того, что испарение осуществляется не со всей поверхности, а лишь частично (язык у собаки).

Потери воды тесно связаны с солевым балансом организма. Избыток солей, получаемых плотоядными животными с пищей, требует выведения этих веществ. Если воды достаточно, то соли разбавляются ею и легко удаляются. При недостатке воды животные должны выводить соли так, чтобы вода терялась организмом в минимальном количестве. Это происходит вследствие концентрации солей в почках и некоторых солевых железах. Концентрирование солей позволяет удалять их избыток, избегая сильных потерь воды. Особенно сильно концентрируют удаляемые соли пустынные организмы. В моче кенгуровых крыс содержится в 18 раз больше солей, чем в плазме крови. Благодаря этому крысы почти не теряют воду.

Вода необходима и для удаления избытка метаболитного азота, поступающего в организм с белковой пищей. В зависимости от среды обитания и наличия достаточного количества воды, конечным продуктом азотистого обмена могут быть различные соединения. Большинство наземных млекопитающих, получающих достаточное количество воды, выделяют мочевину. В то же время птицы и пресмыкающиеся выделяют мочевую кислоту, требующую для растворения гораздо меньше воды. Причем в условиях недостатка влаги мочевая кислота выделяется в виде сухих кристаллов, что позволяет организму терять минимальное количество воды.

Наконец, сохранение влаги в организме может быть обеспечено за счет всевозможных поведенческих реакций.

Как и прочие экологические факторы, вода влияет на разные жизненно важные функции организмов. Так, если относительная влажность воздуха понижается до 40 % и меньше, перестают питаться некоторые комары.

Влажность довольно сильно влияет на географическое распределение организмов. По мере удаления от границы сфагнового болота вглубь расположенного рядом сосняка мшистого проективное покрытие сфагновых мхов закономерно снижается с 98 до 3 %. На расстоянии всего 30 м от болота под пологом сосняка сфагновые мхи уже не встречаются, поскольку влажность почв (порядка 50 %) для них здесь недостаточна.

Расселение многих насекомых также непосредственно зависит от влажности среды. Например, большой еловый лубоед распространен только во влажных еловых лесах и сфагновых сосняках, где заселяет только нижние участки стволов деревьев. Осушение территории приводит к исчезновению данного вида.

Изменение влажности территории может приводить и к существенным перестройкам внутри сообществ растительных и животных организмов. С территорий осушенных болот и заболоченных земель исчезают пиявки, моллюски, слепни; обедняется видовой состав влаголюбивых жужелиц, стафилинид и щелкунов. Осушение и освоение переувлажненных почв приводит к исчезновению болотных видов червей, многоножек, медведок, сосущих вредителей: цикад и клопов.

Нарушение режима влажности почв отражается даже на фенотипической структуре популяций отдельных видов.

Фенотип — совокупность всех внутренних и внешних признаков и свойств особи, сформировавшихся на базе генотипа в процессе ее индивидуального развития. Он служит одним из вариантов нормы реакции организма на действие внешних условий. Фенотипическая структура — это структура сообщества по фенотипам отдельных особей.

При сильном иссушении лесной подстилки в результате ее вытаптывания в период развития личинок жужелицы наблюдалось уменьшение количества жуков с 3—5 ямками на надкрылье. У этой же группы жуков возрастала смертность во время зимовки.

Потребности организмов в воде, обитание их в водной или полуводной среде накладывают отпечаток на их морфологическое и анатомическое строение. В этой связи интересный пример представляет стрелолист. Морфология листа у этого растения зависит от места расположения растения (см. рисунок 4). Листья, растущие под водой, длинные и гибкие, похожи на лентовидные водоросли. Через них растение может поглощать питательные вещества непосредственно из воды. Эти листья не имеют жестких стенок и лишены восковидной водонепроницаемой кутикулы. Листья, находящиеся в воздушной среде, широкие, жесткие, с толстой кутикулой, уменьшающей потери воды. Наземные растения стрелолиста, кроме того, имеют хорошо развитую корневую систему, поскольку им приходится добывать питательные вещества из почвы.

В зависимости от своих потребностей в воде животные и растения подразделяются на ряд групп. Среди первых выделяют:

— гидрофильные (водные) — организмы, постоянно живущие в водной среде;

— гигрофильные — живут в очень влажных местообитаниях (наземные моллюски, дождевые черви, многие обитатели пещер, большинство амфибий и т. д.);

— мезофильные — потребности в воде умеренные (большинство организмов наших широт);

— ксерофильные — живут в сухих местообитаниях с недостатком воды (преимущественно это пустынные животные).

Рисунок 4. Морфологические вариации у растений стрелолиста, растущих на суше (А) и частично (Б) или полностью (В) погруженных в воду (Риклефс, 1979)

Следует сказать, что такое жесткое деление на группы в природе часто сильно сглаживается. Поэтому между данными группами имеется ряд переходов. Среди жужелиц встречаются умеренные гигро- и ксерофилы. Есть виды мезо-гигрофильные и наоборот.

Сходная классификация присуща и растениям. Здесь выделяют следующие основные группы.

— Гидатофиты — водные растения. Это элодея, рдесты, валиснерия и другие, целиком или почти полностью погруженные в воду. Листовая пластинка у них тонкая, часто сильно рассечена. Имеются плавающие листья. Корни сильно редуцированы. Цветки располагаются над водой. Созревание плодов идет под водой.

— Гидрофиты — наземно-водные растения. Растут по берегам водоемов. Имеют хорошо развитую проводящую и механическую ткани. Это тростник, вахта трехлистная, калужница и др.

— Гигрофиты — наземные, произрастающие в условиях повышенной влажности почв. Имеют водяные устьица для выделения воды. Листья часто тонкие. Обводненность тканей высокая. Это рис, росянка, сердечники, подмаренник болотный.

— Мезофиты — растения местообитаний с умеренным увлажнением.

— Ксерофиты — растения мест с недостаточным увлажнением: пустынь и степей. Способны регулировать водообмен. Среди них выделяют две подгруппы, имеющие разные стратегии приспособления к условиям жизни при дефиците влаги:

а) суккуленты — растения с сильно развитой водозапасающей паренхимой: кактусы, очитки, молочаи, молодило. У них листья (стебли) с толстой кутикулой, восковым налетом. Корневая система неглубокая;

б) склерофиты — растения, сухие на вид. Листья узкие, иногда свернуты трубочкой. Часто листья сильно опушены. В клетках преобладает связанная вода. Без вредных последствий могут терять до 25 % влаги. Сосущая сила корней у этих растений составляет несколько десятков атмосфер.

Почва

Являясь средой обитания организмов, почва представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Мощность почвы в разных областях Земли различна. В засушливых районах она невелика. Подстилающие коренные породы могут находиться здесь на глубине порядка 30 см. В умеренном поясе средняя мощность почвенного слоя составляет около 1 м, а во влажных областях наблюдается наиболее высокая степень выветривания коренных пород. Химическое изменение последних может достигать глубины 6 м.

Толщина почвенных горизонтов в значительной степени определяется климатом и характером рельефа. В почвах прерий гумификация идет быстрее. В почву поступает много органического вещества, которое быстро переходит в гумус. Поэтому здесь может содержаться до 12 000 т гумуса на 1 га. В лесах подстилка и корни разлагаются медленнее. Слой гумуса здесь тоньше, запасы его достигают порядка 100 т/га.

Органическое вещество почвы — одно из важнейших составляющих, оказывающих огромное влияние на жизнедеятельность растительных и животных организмов. Другая важная компонента — почвенная вода. Она содержится здесь в 4 формах:

— гигроскопическая — образует тончайшую пленку вокруг почвенных частичек и недоступна живым организмам;

— капиллярная неадсорбируемая — также удерживается в почве с силой более 15 атмосфер (часто до 30 атм. и выше) и абсолютно недоступна растениям;

— капиллярная адсорбируемая — заполняет почвенные поры диаметром 0, 2—8, 0 микрон. Имеет важное значение в жизни почвенных бактерий и простейших, может быть доступна растениям;

— гравитационная — скапливается в крупных почвенных порах, удерживается в почве с силой менее 0, 3 атм., просачивается сквозь почву под действием силы тяжести, легко доступна растениям и животным.

Почвенная влага важна не только для растений, но и для многих животных: дождевых червей, почвенных ракообразных, двупарноногих многоножек, простейших и др. В периоды сильных засух дождевые черви, спасаясь от обезвоживания, проникают в самые глубокие слои почвы и скручиваются в комочки. В таком состоянии они теряют меньше воды. Термиты для повышения влажности в своих постройках роют ходы на глубину 15 м и более, проникая в водосодержащие горизонты.

Высокое содержание влаги в почве может оказывать на ряд видов и отрицательный эффект. Те же дождевые черви вынуждены покидать почвы в период обильных дождей, когда вода полностью заполняет норки этих животных.

Поскольку почвы образованы различными структурными компонентами, они характеризуются своим механическим составом. Выделяют песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы. Механический состав почвы является важной характеристикой, от которой зависят большинство ее параметров: влагоемкость, водопроницаемость, пористость, воздушный и тепловой режим и т. д.

Механический состав почвы важен для жизнедеятельности ее обитателей. Для перемещения в почве у многих животных выработан целый ряд приспособлений. Одно из самых простых — наличие роющих конечностей (крот, медведка). Другие организмы при движении в почве используют либо все тело (дождевые черви), либо отдельные его части, на первый взгляд для этого не приспособленные. Так, личинки майского жука прокладывают свои ходы в почве с помощью мощных челюстей. Личинки жуков-скакунов роют норки с помощью лопатообразной, углубленной сверху головы.

Существенное значение для жизни живых организмов имеют солевой состав почвы, ее кислотность и другие физико-химические характеристики. Высокое содержание солей в почве (более 1 %) обычно неблагоприятно для обитающих здесь организмов. Поэтому на сильно засоленных почвах солончаков встречаются редкие виды растений и беспозвоночных. Некоторые солеросы (галофиты) переносят концентрацию солей в 20 %. Однако для большинства организмов, жизнедеятельность которых связана с почвой как средой обитания, сильное засоление последней может быть губительно. На полях вблизи отвалов Солигорского калийного комбината в Беларуси содержание хлоридов в почве достигает 19—49 мг-экв/100 г почвы. На таких участках резко обедняются сообщества почвообитающих клещей (численность уменьшается на 80, 4 %), исчезают многие жужелицы и стафилиниды.

Кислотность почв определяется концентрацией водородных ионов и оценивается показателем рН. В известковых почвах он может быть равен 8, а на торфяных (верховые болота) менее 4. Кислотность почв также может быть благоприятной и неблагоприятной для организмов. Дождевые черви предпочитают почвы с рН не менее 4, 5, а личинки посевных щелкунов (рода Agriotes) лучше развиваются в почвах с рН = 5, 5—4, 5.

Очень чувствительны к кислотности почв растения. Для них в настоящее время разработана классификация по отношению к почвам разной кислотности.

Растения, предпочитающие кислые почвы, относятся к группе ацидофильных, а щелочные — базофильных. Ацидофилы подразделяются на:

— крайние ацидофилы — успешно произрастают при рН = 3, 0— 4, 5 (сфагнумы, плаун булавовидный, водяника черноплодная, марьяник луговой, пушица влагалищная, голубика и другие болотные растения);

— умеренные ацидофилы — предпочитают рН = 4, 5—6, 0 (калужница болотная, лютики ядовитый и ползучий, сердечник лугоой, седмичник европейский);

— слабые ацидофилы — предпочитают рН = 5, 0—6, 7 (ветреница лютичная, медуница неясная, купена многоцветковая).

Базофильные растения произрастают на почвах с рН = 6, 7—8, 5. Среди них представлены лебеда бородавчатая, астра солончаковая, кермек и другие.

Между этими двумя группами есть ряд переходных:

— ацидофил-нейтральные виды — произрастают при рН = 4, 5— 7, 0 (смородина черная, малина, лещина обыкновенная, крапива жгучая). При рН = 6, 0—7, 3 хорошо развиваются клевер горный, смолевка поникшая, таволга шестилепестковая, мыльнянка лекарственная;

— нейтралъно-базофилъные виды — произрастают при рН = 6, 7— 7, 8. Сюда относятся люцерна серповидная, мать-и-мачеха, полыни.

Наконец, есть виды, произрастающие на почвах с разной кислотностью (от 3, 0 до 7, 5 и от 5, 0 до 9, 5). Это эвритопные растения: лютик ползучий, земляника лесная, марь белая, вьюнок полевой, ландыш майский, овсяница овечья.

Кислотность почв может служить одним из определяющих факторов распространения растений на той или иной территории. В частности, по мере удаления от верхового болота, закономерно с уменьшением кислотности почв (возрастание величины рН) растет разнообразие видов высших растений, повышается проективное покрытие менее кислотолюбивых форм, тогда как у обитателей закисленных почв оно существенно уменьшается.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒