Организмы и окружающая среда

Абиотические факторы и их влияние на экосистемы. Рассмотрим действие рельефа. Оно проявляется опосредованно, через температуру и влажность. В результате на небольшом участке земли климатические условия могут значительно отличаться от средних для данной области. Такие местные условия называются микроклиматом. Его особенности служат причиной для разнообразия экосистем. Южный склон - теплый и сухой, со светолюбивыми растениями (сосной, кизильником, карагандой, шиповником); северный - прохладный и влажный, с теневыносливой растительностью (березой, черемухой, свидиной). Химический состав подстилающей породы влияет на кислотность почв: гранит - увеличивает, известняк делает почву более щелочной. Каменистые почвы хорошо дренированы, чернозем - напротив, надежно удерживает воду. Пойма - периодически затапливаемый участок суши; укажите на различие растительного покрова поймы, северного и южного склонов.

Эффект дождевой тени: горный хребет является преградой для влаги, перемещающейся с воздушными массами. Влажный воздух охлаждается, поднимаясь в горы, что приводит к выпадению большого количества осадков на наветренных склонах. На подветренной стороне хребта создаются засушливые условия, так как воздух при опускании вниз по склону нагревается и вбирает в себя влагу из почвы.

Зависимость формы листьев стрелолиста от условий произрастания. Строение этого растения изменяется в зависимости от того, растет ли данный экземпляр на суше или же частично или полностью погружен в воду. Листья, находящиеся на воздухе, широкие и жесткие; как у всех наземных растений, эти листья покрыты слоем вещества, напоминающего воск; такой слой снижает излишние потери воды. Листья, растущие под водой, длинные и гибкие; своей лентовидной формой они напоминают водоросли. Если эти листья вынуть из воды, то они сразу обвисают, потому что у их клеток нет жестких стенок, создающих опору, необходимую на суше. Водные листья лишены воскового покрова и могут поглощать питательные вещества прямо из воды, как это обычно делают водные растения. Наземные растения стрелолиста вынуждены добывать питательные вещества из почвы; поэтому они снабжены сильно развитой по сравнению с водными экземплярами корневой системой.

Белый медведь приспособлен к жизни в Арктике: густая шерсть (ею покрыты даже подошвы лап) защищает от холода, белая окраска делает медведя незаметным на фоне снега, когти служат оружием во время охоты на тюленей. Его мех густо смазан жиром и практически непроницаем для воды, поэтому медведь часто плавает. Кишечник белого медведя короче, чем у бурого. Это связано с тем, что белый медведь питается исключительно животной пищей, а бурый - животной и растительной, для переваривания которой требуется более длительное время. Кроме того, белый медведь крупнее всех прочих представителей семейства медвежьих. Это может служить иллюстрацией правила Бергмана: в ряду родственных организмов размеры тела увеличиваются от обитателей экваториальной зоны к тем, кто живет на крайнем Севере и Юге. Правило Бергмана объясняют тем, что у крупных теплокровных соотношение объема и поверхности тела выше, чем у мелких. Следовательно, у них ниже относительная теплоотдача. Таким образом, крупные размеры можно считать адаптацией к жизни при низкой температуре.

Летучая мышь ведет ночной образ жизни и охотится в воздухе на летающих насекомых. В полете мышь издает ультразвук. Этот звук не воспринимается ухом человека (лишь очень немногие люди слышат звуки с частотой колебаний в секунду, а летучие мыши издают звуки с частотой до /с). Для мыши важен не сам звук, а его отражение - эхо от деревьев и стен. Летучая мышь слышит звуки, отражающиеся от препятствий, и облетает их стороной; в самую темную ночь мышь без помех летает между ветвями деревьев: она «видит» ушами, как мы - глазами. В технике аналогичный прибор называется эхолокатором или сонаром. С помощью эхолокации мыши также обнаруживают в воздухе насекомых, которые служат им пищей.

Морфологическая конвергенция между неродственными друг другу млекопитающими, населяющими леса Африки (слева) и Южной Америки (справа). Неродственные организмы, обитающие в сходных средах, но в разных географических районах, нередко бывают похожи друг на друга как близкие родственники. Это сходство - результат т.н. конвергентной эволюции, которая происходит под влиянием сходных факторов естественного отбора, действующих в сходных средах обитания. У млекопитающих африканских дождевых лесов имеются близкие экологические двойники, обитающие в тропических районах Америки и относящиеся совсем к другим группам животных. Копытные, представленные в Африке карликовым гиппопотамом, оленьком и карликовой антилопой, в Америке замещаются крупными грызунами (водосвинкой, пака и агути; а африканский панголин (отряд ящеры) - американским броненосцем (броненосцы - семейство отряда неполнозубых; в этот же отряд входят муравьеды и ленивцы

Конвергентная эволюция сочных плодов растений. Семена многих высших растений распространяются птицами. Птиц привлекает мясистая сахаристая ткань, которую они поедают. В эту ткань погружены семена, защищенные толстыми оболочками; они проходят через пищеварительный тракт неповрежденными, а иногда временное пребывание в кишечнике птицы даже стимулирует прорастание. У различных растений мякоть плодов ведет свое происхождение от совершенно разных частей: у помидора (семейство Пасленовых) - из всей стенки завязи, а у апельсина (сем. Рутовых) - только от ее внутренней части; у земляники и яблони (сем. Розоцветных) - от цветоложа, но у первой семена располагаются на его поверхности, а у второй - скрыты внутри, потому что у земляники цветоложе, разрастаясь, поддерживает семянки (сухие завязи, содержащие по одному семени каждая) на своей поверхности, у яблони же цветоложе обрастает завязь, так что она вместе с семенами оказывается внутри яблока. Мякоть «ягод» тиса - это разросшаяся оболочка семени; завязь у этого растения полностью отсутствует, поскольку тисовые относятся к хвойным

Пустынная лисичка фенек живет в Сахаре. День она проводит в глубоких норах, а ночью выходит на охоту. С помощью своих огромных ушей она прекрасно слышит, что позволяет ей ловить ящериц, мелких птичек и насекомых (например, саранчу). Но уши фенечка - не только орган слуха. Совсем близко к поверхности кожи спереди и сзади уши пронизаны густой сетью мельчайших кровеносных сосудов, и ветер, обдувающий уши, охлаждает омывающую их кровь. Таким образом, уши фенечка - своеобразное приспособление для жизни в пустыне, помогающее лисичке избавиться от излишков тепла. Фенеки легко переносят неволю и подолгу живут в зоопарках.

Аменсализм - взаимодействие двух видов, при котором один вид неблагоприятно влияет на другой, тогда как этот другой не оказывает влияния на первый. Трава, растущая под пологом леса, не влияет на деревья, в то время как деревья угнетают травянистую растительность, поглощая и отражая значительную часть света

Комменсализм - тип взаимоотношений двух видов, когда один организм служит источником пищи или убежищем для другого организма, но при этом не испытывает никаких вредных воздействий. Типичный пример комменсализма - детритофаги я: потребитель извлекает выгоду из корма, а для объекта питания, которым является мертвый материал, результат этого процесса безразличен. Другой случай приведен на иллюстрации и характеризует комменсализм- квартирантство: рыба амфиприон скрывается среди щупалец морского анемона - актинии. Щупальца несут огромное количество стрекательных клеток, которые выстреливают ядовитые нити при первом приближении чужака, ожог актинии болезнен для крупных рыб и смертелен - для мелких. Однако амфиприон и 12 близких ему видов прекрасно чувствуют себя в таком окружении.

Мутуализм (иначе его называют «собственно симбиоз»): лишайники - организмы, состоящие из гриба и водоросли. Водоросль поглощает солнечный свет и с помощью фотосинтеза получает питательные вещества, которыми питаются грибные клетки. Гриб защищает водоросль от вредных внешних воздействий (например, от сильных солнечных лучей). Благодаря этому лишайники способны жить в самых суровых условиях; они встречаются от пустынь до Арктики: на голой почве, стволах деревьев, камнях и скалах. Даже в Антарктиде обитает 350 видов лишайников, семь из них живут на 86 градусе южной широты - почти у самого Южного полюса. Форма лишайников отличается как от грибов, так и от водорослей, причем один и тот гриб с разными водорослями может давать очень различные по морфологии структуры. Лишайники бывают в виде корочки (накипные), листовидной пластинки (листоватые), кустика (кустистые) или бороды, свисающей с ветвей деревьев; цвет - от белого до черного через все оттенки красного, оранжевого, коричневого, желтого и зеленого.

Разделение мест кормежки у четырех видов славок - насекомоядных птиц из отряда воробьиных. Конкуренция - это взаимодействие двух организмов, стремящихся получить один и тот же ресурс; конкуренция между видами неблагоприятно сказывается на росте и выживании особей обоих видов. Поэтому виды со сходными экологическими требованиями могут жить по соседству друг с другом, если они способны избежать конкуренции, т.е. если каждый из них использует не весь доступный ресурс, а лишь определенную его часть, причем в эксплуатации этой части превосходит всех остальных, иначе он будет вытеснен превосходящими конкурентами. Виды избегают конкуренции, разделяя между собой имеющиеся ресурсы в соответствии с их размерами, формой, химическим составом, местом и временем, где и когда эти ресурсы встречаются. Например, каждый из видов славок, живущих в еловых лесах, кормится насекомыми, которых они собирают в разных частях кроны елей, причем каждый из видов обладает своими собственными способами отыскивания насекомых среди веток и хвои.

Кубинский паук-птицеед. Пауки - типичные хищники, питающиеся насекомыми. Встречаются повсюду, кроме полярных областей. Крупные виды (длина до 10 см) нападают на мелких позвоночных, включая птенцов птиц. Все пауки ядовиты (их слюна содержит яд, подобный кураре - он парализует жертву), но для человека не опасны (чтобы яд причинил вред, нужно, чтобы он попал в кровь, а прокусить кожу па уки не способны). Только некоторые виды (черная вдова, каракурт, тарантул) представляют опасность, но все же укус их, как правило, не смертелен. В целом пауки приносят гораздо больше пользы чем вреда, поедая насекомых. Люди, живущие в тропиках, специально разводят некоторые виды пауков у себя в домах. Днем пауки обычно прячутся, а ночью очищают квартиру от надоедливых насекомых

Жертва не беззащитна перед хищником - в ходе эволюции вырабатываются многочисленные приспособления, помогающие избежать поедания (быстрый бег, дальние прыжки, маневренный полет, мощные рога, крепкий панцирь, умение надежно прятаться и т.д.). На иллюстрации - пример химической защиты у бабочки-монарха. Птицы обычно избегают ловить монархов, находя их очень неприятными на вкус. Когда молодым птенцам или неопытным птицам (выращенным в неволе и никогда не встречавшимся с монархом) предлагают такую бабочку, они хватают ее, но тут же выплевывают. Причина этой реакции в том, что гусеницы монарха кормятся на растении ваточнике, в тканях которого содержатся ядовитые вещества - алкалоиды. Однако гусеницам эти вещества не вредят, поскольку они обладают способностью изолировать алкалоиды и накапливать их в своих тканях. Когда гусеница превращается в куколку, а затем - в бабочку, алкалоиды передаются по цепи превращений, отчего бабочки становятся несъедобными. Для того, чтобы такая химическая защита была эффективна, потенциальные хищники должны узнать о ней до того, как они нападут на бабочку. Для этого служит яркая окраска монарха, являющаяся предупреждением для хищников.

Паразитизм - форма взаимоотношений двух организмов, когда один из них (паразит) обитает внутри или на поверхности другого (хозяина) и использует его в пищу. Характерная особенность паразитов - утрата некоторых органов (у животных паразитов - пищеварительной системы, органов чувств, конечностей; у растительных паразитов - листьев, стебля или корней). При паразитическом образе жизни эти органы часто оказываются ненужными, поскольку у паразита нет необходимости искать и добывать корм (фактически, корм является средой его обитания). На фотографии показана раффлезия - самый крупный на свете цветок, имеющий около метра в поперечнике и ведущий паразитическую жизнь на тропических растениях сем. виноградовых. У раффлезии нет ни листьев, ни стеблей. Проростки раффлезии внедряются в корни другого растения и затем при помощи развивающихся нитевидных клеточных тяжей глубоко проникают в ткани растения-хозяина, а на поверхность выносится лишь короткий побег с органом размножения - цветком. Цветки раффлезии одиночные, плоско распростертые на почве, с пятью крупными мясистыми лепестками, по окраске и исходящему от них зловонному запаху напоминающими гниющее мясо, что привлекает рои мух-опылителей. Плоды и семена раффлезии разносятся животными (т.н. явление зоохории), поэтому этот цветок часто можно встретить на лесных тропах