Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Андерсон - Нова програма

§ 12. Основні середовища існування та адаптації до них організмів

Назвіть середовища існування організмів на нашій планеті.

Чим різняться умови існування організмів у цих середовищах?

На нашій планеті мешкають дуже різноманітні організми. Вони населяють усі наявні середовища, які суттєво відрізняються за специфікою умов. Учені вважають, що життя виникло й поширилося спочатку у водному середовищі. Надалі організми опанували наземно-повітряне середовище, а згодом було утворено й заселено ґрунт (рис. 51). Самі організми також стали специфічним середовищем життя для симбіонтів.

Середовище існування - частина природи, що безпосередньо оточує організми, забезпечує їхні потреби й чинить на них певний вплив.

Основними абіотичними чинниками, що впливають на організми в будь-якому середовищі, є освітленість, температура, вологість, хімічний склад, тиск, щільність. Найбільший вплив на існування організмів здійснюють лімітувальні чинники - ті, значення яких найближче до меж витривалості організмів.

Наземно-повітряне середовище. Наземно-повітряне середовище — найрізноманітніше за умовами існування. Йому властиві висока прозорість, низька щільність і різкі коливання температури та вологості. Прозорість середовища сприяє високій інтенсивності фотосинтезу і, як наслідок цього процесу, - високому вмісту кисню, що спричиняє підвищений обмін речовин. Це вможливило виникнення гомойотермних організмів. Низька щільність повітря зумовила необхідність появи в організмів власної опорної системи. У тварин такою системою став твердий скелет, а також виникли спеціальні органи пересування - кінцівки. Деякі тварини, зокрема комахи, птахи, ссавці, набули здатності до активного польоту. У рослин як адаптація до наземно-повітряного середовища виникли тканини та вегетативні органи - корінь і пагін (пригадайте функції тканин рослинного організму).

Рис. 51. Середовища існування організмів на планеті: а - водне; б - наземно-повітряне; в - ґрунтове

Поміркуйте, яке із середовищ є найсприятливішим для існування організмів. Наведіть приклади адаптацій організмів до різних середовищ існування.

За відношенням до світла рослини поділяють на три екологічні групи. Перша група - світлолюбні рослини, які добре ростуть лише за умов інтенсивного сонячного освітлення (рис. 52). Це рослини відкритих, добре освітлених сонцем місць. Вони мають відносно товсті листки з добре розвинутою фотосинтезувальною паренхімою й велику кількість продихів, сконцентрованих переважно на нижній стороні листка. До цих рослин належать дерева й чагарники (береза, акація, модрина, сосна) трав'янисті рослини степів, рослини напівпустель і пустель, а також водні рослини з розташованими над поверхнею води листками (латаття, лотос). Друга група рослин - тіньовитривалі, пристосована до умов недостатньої освітленості. Поміж тіньовитривалих рослин є деревні форми (наприклад липа, граб, ялина тощо), що мають густу крону, темно-зелене листя. Трапляються й трав'янисті форми, наприклад копитняк, яглиця, підмаренник та інші рослини широколистяних лісів (рис. 53). Тіньолюбні рослини ростуть в умовах тривалого затемнення й не витримують інтенсивного освітлення (рис. 54). Це рослини нижніх ярусів лісу, водних глибин, скель і печер. Їхнє листя досить велике, темно-зелене з широкою і тонкою листковою пластинкою, що сприяє більшому поглинанню світла (квасениця, плаун, смерека).

Тварин за відношенням до світла можна поділити на нічних та денних. Для орієнтування в просторі нічні використовують переважно слух та нюх. Натомість денні тварини мають більш розвинений зір.

Рис. 52. Світлолюбні рослини

Сосна звичайна

Глечики жовті

Рис. 53. Тіньовитривалі рослини

Копитняк європейський

Ялина зелена

Рис. 54. Тіньолюбні рослини

Квасениця звичайна

Плаун булавовидний

Підготуйте повідомлення про екологічні групи рослин своєї місцевості за відношенням до світла, використовуючи інтернет-джерела.

За відношенням до вологи рослини поділяють на три основні групи (рис. 55). Водяні рослини повністю або частково ростуть у воді (елодея, валіснерія, ряска, латаття, очерет, стрілиця). Вологолюбні рослини ростуть в умовах надмірної вологості - на луках, болотах, вологих ґрунтах (конюшина, осока, росичка, зозулин льон). Посухостійкі рослини ростуть у посушливих місцях, зокрема в пустелях, напівпустелях, степах. Ці рослини мають тонке листя, інколи воно може перетворюватися на колючки (кактуси) або здатне потовщуватись і накопичувати вологу (алое, молодило, очиток). Стебла можуть бути потовщеними, накопичувати вологу й виконувати фотосинтетичну функцію (кактуси). Їхня коренева система добре розвинена. Деякі рослини займають проміжну нішу між вологолюбними та посухостійкими.

За відношенням до вологості повітря тварин поділяють на три групи.

Вологолюбні тварини живуть у сирих вологих місцях - під камінням, біля водойм, на болотах (мокриці, амфібії). Друга група - сухолюбні - живуть у посушливих місцях, пустелях, напівпустелях (пустельні комахи, павукоподібні, рептилії). Покриви тіла таких тварин (рогова луска, кутикула) дозволяють утримувати воду в організмі. Ці тварини активні переважно вночі, коли температура повітря зменшується. До посухостійких відносять переважну більшість тварин (рис. 56).

За відношенням до температури розрізняють холодостійкі та теплолюбні види. Активна життєдіяльність організмів можлива в температурному діапазоні приблизно від 0 °С до + 50 °С. Холодостійкими є види, для існування яких оптимальною є низька температура. До них відносять лишайники, мохи, деякі види бактерій, членистоногих, птахів, ссавців тощо. Для запобігання утворенню кристалів льоду всередині клітин такі організми здатні синтезувати та накопичувати спеціалізовані речовини-антифрізи. Прикладами анатомічних адаптацій у рослин є низька висота стебла, а в тварин - наявність жирового прошарку, який сприяє збереженню тепла. Інший шлях адаптацій - тимчасове припинення активного стану (криптобіоз). Теплолюбні - це види, для існування яких оптимальними є високі температури, зокрема деякі бактерії, ціанобактерії, рослини та членистоногі, які мешкають у теплих джерелах (гейзерах) і на поверхні ґрунтів, що прогріваються.

Рис. 55. Групи рослин за відношенням до вологи: а - водяні; б - вологолюбні; в - посухостійкі

Рис. 56. Групи тварин за відношенням до вологості повітря: а - вологолюбні; б - сухолюбні; в - посухостійкі

Порівняйте адаптації мохів, папоротей, голонасінних і покритонасінних рослин до наземно-повітряного середовища існування.

Порівняйте адаптації членистоногих, амфібій, рептилій, птахів і ссавців до наземно-повітряного середовища існування.

Водне середовище. Йому властиві висока щільність і густина, істотні перепади тиску, певний склад солей і відносно низький уміст кисню тощо. Мешканців водойм називають гідробіонтами й поділяють на декілька екологічних груп.

Планктон утворюють організми, які не здатні протистояти течіям. У них виникла низка адаптацій, що підвищують їхню плавучість і перешкоджають осіданню на дно: загальне збільшення відносної поверхні тіла за рахунок зменшення розмірів, накопичення в тілі жирів, бульбашок газу тощо. Такими організмами є бактерії, водорості, радіолярії, форамініфери, личинки кісткових риб, медузи, дрібні ракоподібні тощо (рис. 57).

Нектон - це організми, які активно рухаються й не залежать від течії. Вони мають обтічну форму тіла, що часто вкрите слизом чи лускою. Ці організми мають розвинену мускулатуру й використовують різні способи руху, у деяких органами руху є плавці або ласти. До нектону відносять більшість видів риб, головоногих молюсків, китоподібних (рис. 58).

Перифітон утворюють організми, які оселяються на різних субстратах товщі води й покривають поверхні гідроспоруд, кораблів тощо. До цієї групи відносять деякі види ракоподібних і риб, черевоногих і двостулкових молюсків, водорості, губки тощо (рис. 59).

Рис. 57. Планктонні організми

Діатомові водорості

Рис. 58. Нектонні організми

Дельфін чорноморський

Рис. 59. Перифітонні організми

В акваторії площею 5 х 106 м2 відкритого океану протягом року розвивається 30 т фіто- і зоопланктону. Чи достатньо цього об'єму для існування одного кита-горбача, який є споживачем планктону, ураховуючи, що приріст його маси за цей самий час дорівнював 3 т? Примітка. На наступний трофічний рівень переходить лише 10 % маси.

Мешканці межі водного і наземно-повітряного середовища, які населяють поверхню плівки води (наприклад клопи-водомірки) утворюють нейстон (рис. 60).

Бентос — це організми, прикріплені до дна водойми, занурені в субстрат дна або ж які переміщуються по ньому; водорості, губки, кільчасті черви, двостулкові молюски, ракоподібні (рис. 61).

Уміст кисню у воді менший, ніж в атмосфері. Концентрація кисню залежить від глибини водойми - що глибше, то вона нижча, та від температури й солоності води - із їх підвищенням концентрація кисню зменшується. Температурний режим водойм досить сталий. Це пов'язано з фізичними властивостями води (висока питома теплоємність). Найбільші коливання температури спостерігаються у поверхневих шарах.

Світла у воді значно менше, ніж у повітрі. Освітленість зменшується в напрямку збільшення глибини, що істотно впливає на інтенсивність фотосинтезу рослин. Так, водорості мешкають не глибше за 250 метрів. Адаптацією до зростання на глибині є різне забарвлення талому, зумовлене складом хлорофілів та інших фотосинтетичних пігментів. Червоні водорості містять фікобіліни, які поглинають сині та фіолетові промені (пригадайте, яка особливість поширення червоних водоростей із цим пов'язана), а бурі водорості - ксантофіли (рис. 62). На глибину 1500 метрів світло взагалі не проникає. Такі умови освітленості значно обмежують можливості зорової орієнтації гідробіонтів. Глибоководні організми здатні до вироблення світла за рахунок окиснення - таке явище називають біолюмінесценцією (назвіть організми, які мають таку здатність). Орієнтація на звук розвинена в гідробіонтів загалом краще, ніж зорова. Деякі тварини орієнтуються за допомогою ехолокації - сприйняття відбитих звукових хвиль (китоподібні).

Рис. 60. Нейстонні організми

Клопи-водомірки

Рис. 61. Бентосні організми

Голкошкірі

Рис. 62. Бура водорість

Макроцистіс

Ч. Р. Дарвін у праці «Подорож натураліста навколо світу на кораблі “Бігль”» так описував значення бурої водорості макроцистіс: «Ці величезні підводні ліси південної півкулі я можу порівняти лише з наземними лісами тропічних областей». Поясніть адаптації бурих водоростей, що дозволили їм стати однією з панівних груп океанів й морів.

Ґрунт як середовище існування. Ґрунт - це верхній родючий шар літосфери, що складається з материнської породи та гумусу й контактує з повітряним середовищем. Це більш стабільне середовище існування, ніж наземно-повітряне. Ґрунт має систему порожнин, які заповнені сумішшю газів і водними розчинами. Вологість у ґрунті завжди вища, ніж у наземно-повітряному середовищі. У глибині коливання температури є менш вираженими, тому деякі наземні організми можуть переживати в ньому холодну пору року.

Ґрунт містить значну частину поживних сполук, що є результатом розкладання редуцентами органічної речовини мертвих організмів та відходів життєдіяльності. Склад ґрунту має важливе значення для існування на ньому рослин, підземні частини яких поглинають необхідні сполуки і виконують функцію закріплення. Кореневі системи рослин симбіотично взаємодіють із грибами, формуючи мікоризу. На поверхні ґрунту живуть водорості, гриби, лишайники, ціанобактерії, одноклітинні організми. У товщі ґрунту живуть як хемосинтезувальні бактерії, так і гетеротрофи. Поміж тварин у ґрунті мешкають види різних груп, зокрема деякі комахи, круглі черви, кільчасті черви, членистоногі, хребетні. Деякі організми проводять у ґрунті лише частину життєвого циклу (наприклад личинки певних комах). У зв'язку з великою щільністю середовища в багатьох тварин розвинулися певні адаптації до пересування в ґрунті, зокрема риючі кінцівки, червоподібний рух, укрита слизом шкіра (рис. 63).

У цьому параграфі йшлося про адаптації організмів до наземно-повітряного, водного та ґрунтового середовищ існування, а про особливості організму як середовища мешкання та пов'язані з цим пристосування дізнаємося з наступного параграфа.

Рис. 63. Адаптації до пересування в ґрунті

Дощовий черв'як

Вовчок звичайний

Кріт європейський

Порівняйте адаптації зображених груп організмів до ґрунтового середовища існування.

Створіть просвітницькі проекти для учнів молодших класів, використовуючи інтернет-джерела: «Мешканці ґрунтового середовища нашого регіону», «Біологічне значення дощових черв'яків».

  • 1. Дайте означення поняття середовище існування.
  • 2. Перелічіть існуючі на планеті середовища існування.
  • 3. Наведіть приклади організмів поміж різних груп, що пристосувалися до наземно-повітряного, водного та ґрунтового середовища існування. Поясніть адаптації цих організмів до певного середовища існування.
  • 4. Оцініть ступінь адаптації певного організму до середовища існування, у якому він мешкає (на 3-4 прикладах).