Лекція 3. Середовища життя. Організм і середовище
3.1. Середовища життя на Землі
Атмосфера - повітряна оболонка Землі, найбільш легка оболонка, що межує з космічним простором. Сухе повітря приземного шару атмосфери - тропосфери - складається з азоту (78%), кисню (20,9%), аргону (0,9%) і вуглекислого газу (0,033%). З чотирьох газів, складових тропосферу, тільки аргон не пов'язаний з життєдіяльністю організмів, а надходження і витрату кисню, вуглекислого газу регулюються живими організмами. За тропосферою до висоти приблизно 100 км слід стратосфера. У верхніх шарах тропосфери і стратосфери під впливом випромінювання молекули кисню розпадаються на вільні атоми і, приєднуючись до молекул кисню, утворюють озон (О3). Озон поглинає енергію ультрафіолетового випромінювання, розкладаючись на атомарний кисень і молекулярний кисень.
Стан атмосфери має важливий вплив на фізичні, хімічні та біологічні процеси на поверхні Землі. Найбільше значення для біологічних процесів мають кисень атмосфери, необхідний для дихання організмів і мінералізації омертвілого органічної речовини. Вуглекислий газ витрачається на фотосинтез. Поза атмосферою існування живих організмів неможливо. Прикладом може служити Місяць, позбавлена атмосфери. Історичний розвиток атмосфери пов'язано з геохімічними процесами і життєдіяльністю організмів. Азот, вуглекислий газ, пари води утворилися в результаті вулканічної діяльності, а кисень - в результаті фотосинтезу.
Повітря, як середовище проживання, надає лише незначний опір руху і не може служити опорою для наземних організмів, що безпосередньо позначилося на їх будові. Деякі групи тварин стали використовувати політ як спосіб пересування.
В атмосфері постійно відбувається циркуляція повітряних мас, енергію для якої поставляє Сонце. Результатом циркуляції є перерозподіл водяної пари і розчинених в них речовин (в тому числі і забруднюючих) по поверхні Землі.
Вітер може впливати на формування рослинності, поширювати суперечки, насіння, впливати на міграцію літаючих тварин.
Атмосфері притаманне тиск, який зменшується з висотою, що може викликати таке явище, як гіпоксія (кисневе голодування у тварин і людини). На висоті 5 450 м атмосферний тиск в 2 рази менше, ніж на рівні моря. У рослин в таких умовах зростає транспірація (випаровування води листям рослин), яка сприяє підняттю води по судинах стебла, що вимагає вироблення пристосувань для збереження води.
Гідросфера - водна оболонка Землі. Водне середовище була першою, в якій виникла і поширилася життя. Гідросфера займає близько 71% площі і 1/800 частина обсягу земної кулі. Основна кількість води (95%) зосереджено в морях і океанах. Частка прісних вод становить 2,5%, проте 70% цієї води зосереджено в льодовикових покривах.
Глибина Світового океану в середньому близько 4 км, а найбільша - 11 км. В океані з вхідними в нього морями виділяють дві екологічні області: товщу води - пелагіаль і дно - бенталь.
Вода міститься у вигляді пари і хмар в земній атмосфері, існує у вигляді льодовиків в замороженому стані, атмосферні води проникають в товщу осадових порід, формуючи підземні води.
Хімічний склад природних вод формується під впливом живих організмів безпосередньо і побічно. Живі організми і продукти їх життєдіяльності сприяють руйнуванню гірських порід і вимивання з них різних речовин. З річковим стоком ці речовини надходять у Світовий океан. У прісних і морських водах розчинені речовини концентруються багатьма організмами. З газів, розчинених у воді, найбільше значення мають кисень і вуглекислий газ. Кількість кисню в гідросфері залежить від температури і кількості живих організмів. Концентрація вуглекислого газу в гідросфері в 60 разів більше, ніж в атмосфері.
У водному середовищі живе приблизно 150 тис. Видів тварин (близько 7% загальної кількості) і 10 тис. Видів рослин (8%).
Характерною рисою водного середовища є її рухливість, особливо в проточних, швидкоплинних струмках і річках. У морях і океанах спостерігаються припливи і відливи, потужні течії, шторми. В озерах вода переміщається під дією температури і вітру.
Мешканцями водного середовища є гідробіонти:
- нейстон (від гр. neustos - здатний плавати) - сукупність морських і прісноводних організмів, які мешкають у поверхні води (личинки комарів, багато найпростіші, клопи-водоміри, ряска);
- планктон (від гр. planktos - паряться) - плаваючі організми, здатні здійснювати вертикальні і горизонтальні переміщення переважно відповідно до рухом водних мас. Фітопланктон - фотосинтезирующие вільно плаваючі водорості і зоопланктон - дрібні ракоподібні, личинки, молюски, медузи, дрібні риби;
- нектон (від гр. nektos - плаваючий) - вільно плаваючі організми, здатні до самостійного вертикального і горизонтального переміщення (риби, амфібії, великі водні комахи, ракоподібні, плазуни (морські змії і черепахи) і ссавці: китоподібні (дельфіни і кити) і ластоногі (тюлені));
- перифітон (від гр. peri - навколо, близько; phyton - рослина) - тварини і рослини, прикріплені до стебел вищих рослин і піднімаються над дном (молюски, коловертки, мшанки, гідри і ін.);
- бентос (від гр. benthos - глибина, дно) - донні організми, провідні прикріплений або вільний спосіб життя, в тому числі мешкають в товщі донного осаду (молюски, деякі нижчі рослини, що плазують личинки комах, черви). У придонному шарі мешкають організми, які харчуються в основному залишками, що розкладаються.
Вода є стабільною середовищем. Абіотичні фактори в ній зазнають порівняно незначні коливання, тому водні організми володіють у порівнянні з наземними меншою екологічною пластичністю.
На відміну від наземних рослин водні здатні поглинати вологу і мінеральні солі безпосередньо з навколишнього середовища, що відбивається на їх морфологічної і фізіологічної організації.
Тварини, що живуть в товщі води, володіють пристосуваннями, які збільшують їх плавучість і дозволяють протистояти руху води, течій. Донні організми виробляють пристосування, які перешкоджають підняттю їх в товщу води або зменшують плавучість, що дозволяє утриматися на дні, включаючи і швидкоплинні води. Водні тварини здебільшого холоднокровні. У гомойотермних тварин утворюється значний шар підшкірного жиру, який виконує теплоізоляційну функцію.
Звук поширюється у воді швидше, ніж в повітрі, і орієнтація на звук у гідробіонтів розвинена краще зорової (до інфразвуку). Зміна умов у водному середовищі викликає і певні поведінкові реакції організмів - вертикальні і горизонтальні міграції тварин.
Літосфера - «кам'яна оболонка» Землі - являє собою верхню частину земної кори. Під літосферою зазвичай розуміють тільки поверхневу її частина - грунт, населену живими організмами. Тому іноді вживають термін педосфера. Загальний хімічний склад земної кори визначають деякі хімічні елементи. Всього лише 8 елементів знаходяться в земній корі у ваговій кількості (понад 1%) - кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, магній, натрій, калій. Найбільш поширеним елементом є кисень, який становить майже половину маси земної кори (47,3%).
Вихідним матеріалом для ґрунтоутворення служать поверхневі шари гірських порід. З них під впливом мікроорганізмів, рослин і тварин формується ґрунтовий покрив. Організми концентрують у своєму складі біогенні елементи (речовини, необхідні для існування живих організмів; синтезовані організмами). Після відмирання тварин і рослин і їх розкладання ці елементи переходять до складу грунту, завдяки чому в ній акумулюються біогенні елементи, а також накопичуються продукти розкладання органічної речовини. У грунті накопичується величезна кількість мікроорганізмів.
Літосфера має биогенное походження. Вона складається з органічних, неорганічних сполук і живих організмів. Межі біосфери визначаються областю поширення живих організмів. У літосфері живі організми виявляються на глибині приблизно 7,5 км.
Навколишнє середовище - частина природи, що оточує живі організми і надає на них прямий або непрямий вплив. З середовища організми отримують все необхідне для свого існування і в неї ж виділяють продукти обміну речовин.
Умови життя. або умови існування, - це сукупність необхідних для організму елементів середовища проживання, з якими він знаходиться в нерозривній єдності і без яких існувати не може.
На Землі існує чотири основні середовища проживання, освоєння і заселені організмами: водне середовище, наземно-повітряна, грунтова і організмовому.
Ґрунт - середовище проживання безлічі мікроорганізмів і макроорганизмов, а також коренів рослин. У грунті першорядне значення мають такі фактори, як структура, хімічний склад, вологість; світло і різкі коливання температури тут практично не грають ролі, крім самих верхніх шарів. Мешканців грунту називають едафобіонтамі або геобіонтамі.
Организменного. Тіла багатьох організмів служать життєвим середовищем для інших організмів (паразитів, симбіонтів). Головну роль тут відіграють велику кількість їжі, відносна стабільність умов, захищеність від несприятливих зовнішніх чинників і в той же час - активний опір організму-господаря.