Глава 1. Влияние абиотических факторов на живые организмы.

Глава 1. Влияние абиотических факторов на живые организмы.

 

В природе каждое поколение любого вида подвергается отбору на выживаемость и воспроизводство. Особи, которые выживают и размножаются, передают свои гены следующему поколению, а гены тех, что погибли, не оставив потомства, отсеиваются из генофонда. Таким образом, генофонд каждого вида испытывает действие естественного отбора. Поэтому почти все признаки организма служат выживанию и воспроизводству.

Биологи́ческая адапта́ция (лат. adaptatio - приспособление) - это процесс приспособления живых организмов, популяций или сообществ к определённым условиям внешней среды в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.

Существуют следующие виды адаптации:

1. Адаптация к климатическим и другим абиотическим факторам (чистая шерсть, перелёт птиц на юг, зимняя спячка у медведей, опадение листвы, холодостойкость хвойных деревьев).

2. Адаптация к добыванию пищи и воды (у жирафа - длинная шея, чтобы есть листья с деревьев, паук плетёт сеть, хищники - быстро бегают, длинные корни растений в пустыне).

3. Адаптация, направленная на защиту от хищников и устойчивость к заболеваниям и паразитам (заяц - быстрый бег, ёж - иглы, заяц - окраска, комочки у растений).

4. Адаптация, обеспечивающая поиск и привлечение партнёра у животных и опыление у растений (яркое оперение, пение, запах, яркий цвет у цветков).

5. Адаптация к миграциям у животных и распространение семян у растений (перелёт птиц, стада лошадей, крылья у семян для переноса ветром, колючки у семян).

Выживание вида обеспечивается его генетическим разнообразием и слабыми колебаниями внешних условий. Если генофонд очень разнообразен, даже при сильных изменениях среды некоторые особи сумеют выжить. При низком разнообразии генофонда, наоборот, малейшее изменение среды может привести к вымиранию вида, поскольку генов, позволяющих особям противостоять отрицательному воздействию не найдётся.

Вода, минеральные соли

Содержание Н2О 50-80 % в тканях. Значение воды:

- вода является основной средой биохимических реакций;

- циркуляция, транспорт питательных веществ и выведение продуктов диссимиляции в организме в виде водных растворов;

- участие воды в газообмене;

- участие воды в формировании теплового баланса организмов со средой.

Животные получают влагу в виде питья, выведение - с мочой и экскрементами, испарение. Метаболическая вода: в жировых отложениях запасы, при окислении жиров - вода. Соли входят в состав тканей. Поддерживают осмотическое давление клеток, ионное равновесие. Пойкилоосмотические организмы - концентрация солей в тканях ~ близка к концентрации солей в окружающей среде (морские беспозвоночные, цианобактерии, низшие растения). Гомойоосмотические - поддерживают внутреннее постоянство осмотического давления.

У растений - О2 повышается, органические отходы метаболизма накапливаются в омертвевших тканях - листьях, ядровой древесине. Са2+ + щавелевая кислота, пектиновые —> кристаллы. Мп, Ре, таннин, никотин - влистьях придают характерный яркий цвет листьев осенью. У животных - у одноклеточных через мембрану клеточной стенки, эпидермис беспозвоночных, трахеи, жабры, кожу, легкие и кожу. Специальная выделительная система у высших позвоночных: кожа, легкие, печень, почки.

Кожа: выводятся вода, мочевина, соли.

Легкие: СО2, водяные пары.

Печень: желчные пигменты; отходы азотистого обмена (при расщеплении белков и нуклеиновых кислот) - аммиак, мочевина, мочевая кислота, триметиламиноксид (у морских рыб - характерный запах), креатин (креатинин); продукты детоксикации (фенольные соединения).

Кислород

По отношению к кислороду все живые организмы делятся на аэробные и анаэробные. К анаэробам относятся только некоторые бактерии, к аэробам - весь остальной живой мир.

Энергетические процессы в живом организме основываются на окислительно-восстановительных реакциях. Большинство живых организмов получают энергию путем аэробного окисления органические вещества. Приток О2, вывод СО2.

Механизм газообмена в диффузии газов О2, СО2 по градиенту их концентраций. У растений дыхание осуществляется всеми органами. О2 проникает через устьица, растворяется в жидкостях клеточной стенки и по градиенту парциального давления проникают в цитоплазму.

У мелких животных дыхание через поверхности тела. У сложных, крупных газообмен через специальные органы. Внешнее дыхание (в дыхательных органах) и внутренний газообмен в клетках и тканях).

Свет

< 150 нм - ионизирующая радиация. 150-400 нм УФ 400-800 нм видимый свет 800-1000 нм ИК

УФ (280-320 к) - канцероген. УФ (300-400 км) - стимулирует процессы клеточного синтеза. Синтезируется витамин Д (регулирует обмен Са и Р, нормализует рост, развитие). Приспособительная реакция, защита от ультрафиолета - пигмент, загар. Видимый свет - ориентирование в окружающей среде, фотосинтез.Свет, смена дня и ночи: жизнь осуществляется в условиях ритмически меняющейся среды. Ритмичность свойственна всем (биохимическая и физиологическая природа). В основе периодических процессов лежит внутренняя (эндогенная) программа, на которую действует сложный комплекс внешних условий.

Свет - датчик времени, фотопериод. Суточная ритмичность - смена активности и покоя.

Смена дня и ночи имеет огромное биологическое значение. На экваторе продолжительность дня в течение всего года не изменяется. В умеренном поясе имеются и лето, и зима, различие между которыми сводится не только к разнице температур. Эта разница, возрастающая по мере удаления от экватора, оказывается всего лишь следствием того, что летом день длиннее ночи, а зимой наоборот. Продолжительность дня называют поэтому фотопериодом.

В умеренном поясе фотопериод служит фундаментальным климатическим фактором, определяющим жизненный цикл большинства видов.

К биологическим явлениям, вызываемым фотопериодом как определяющим фактором, относятся: размножение многих млекопитающих и птиц; приобретение зимнего мехового наряда млекопитающими, например горностаем; смена оперения и перелет многих птиц; морфология некоторых бабочек: Araschnia levana принимает форму prorsa, когда ее гусеница живет при длинных днях; появление половых форм у тлей; наступление диапаузы и выход из нее у насекомых; наступление цветения у многих высших растений: одни размножаются в условиях длинного дня, другие в условиях короткого, третьи не реагируют на длину дня, и их цветение вызывается другими факторами.

В тропическом поясе, где продолжительность дня и ночи мало изменяется на протяжении года, фотопериод не может служить важным биологическим фактором. Его заменяет чередование сухого и дождливого сезонов.

В основе суточных ритмов жизнедеятельности лежат наследственно закрепленные эндогенные циклы физиологических процессов с периодом, близким к 24 часам. Это циркадианные (циркадные) ритмы. Цирканнуальные ритмы - годовые ритмы.

Глава 2.КЛИМАТ

 

Волгоградская область расположена на юго-востоке Русской равнины, вдали от океанов и морей. Поэтому климат области континентальный, с холодной, малоснежной зимой и продолжительным, жарким, сухим летом. Весна короткая, осень теплая и ясная. По обилию солнечного тепла область не уступает южному берегу Крыма.

Равнинный рельеф способствует проникновению в наш регион различных воздушных масс: зимой вторгается холодный, сухой, континентальный воздух Сибирского антициклона, усиливая суровость зимы (средние температуры у нас такие же, как в Петрозаводске, Москве, —10°, —11°); летом наблюдается приток воздушных масс с Атлантического океана. Пройдя над разогретой поверхностью Русской равнины, они иссушаются, нагреваются и почти не умеряют жару.

В течение всего года не исключается возможность проникновения в нашу область сухого арктического воздуха. Зимой, например, он еще более усиливает мороз, летом делает погоду прохладной; весной и ранней осенью приносит заморозки.

С Атлантического океана и Средиземного моря приходят циклоны. Чаще они бывают зимой, поэтому погода в этот период более изменчива.

Летом часто вторгаются сухие, горячие массы воздуха из Казахстана, тогда воцаряется жара до 39—45°.

Особенностью континентального климата являются большие амплитуды колебания температур. Среднемесячные амплитуды в области 30—32°, а максимальных и минимальных температур — 70—80°. В июле суточная амплитуда может достигать 11—12°.

Волгоградская область, как мы убедились, получает много тепла и имеет длительный вегетационный период. Продолжается он от 145—160 дней на севере до 165—175 дней на юге. Сумма положительных среднесуточных температур воздуха выше +10° за вегетационный период на севере составляет 2840°, на юге —3265°. Этих запасов тепла вполне достаточно для вызревания пшеницы, ржи, подсолнечника, сахарной свеклы, винограда и других сельскохозяйственных культур.

При обилии тепла и света большое значение для сельского хозяйства имеют атмосферные осадки. Однако их наша область получает явно недостаточно. В Заволжье в течение года выпадает всего 2!70—-300 мм_осадков, на северо-западе—400—500 мм. Две трети осадков приходится на теплый период (с апреля по октябрь). Большое количество их выпадает летом, когда испаряемость, к сожалению, превышает осадки, а потому в случае засухи почти бесполезны.

Недостаток влаги в южных районах и Заволжье в какой-то степени восполняется искусственным орошением.

На распределение осадков оказывает влияние и рельеф, обычно на возвышенностях их выпадает больше.

Количество осадков колеблется по годам. Например, в засушливом 1949 г. в Волгограде их выпало 124 мм, а во влажном 1915 г.—715 мм.

Территория нашей области весьма обширна, поэтому климат в ней не одинаков, наблюдаются заметные его изменения—с северо-запада на юго-восток. В этом направлении увеличивается континентальность, убывают осадки, возрастает испаряемость и засушливость.

Характеристика сезонов года

Зима. За начало зимы принимают дату устойчивого перехода среднесуточной температуры к отрицательным значениям и установления снежного покрова. Но в условиях нашей области выпадение снега не совпадает по времени с установлением морозной погоды. В северных районах температура становится отрицательной 8—9 ноября, а устойчивый снежный покров формируется на месяц позже—в начале декабря (см. таблицу). На юге области зима начинается в середине и конце второй декады ноября, а снежный покров устанавливается после 20-х чисел декабря. Зима продолжается на севере области 142—143 дня, в центральных районах— 130—132 дня, на юге— 120 дней, а продолжительность снежного периода составляет в северных районах 108—112 дней, в южных районах — 78—98 дней. Снежный покров на севере и северо-востоке области достигает 16—20 см, в центральных, заволжских и южных районах—6—12 см.

Зима малоснежная, с резкими холодными ветрами преимущественно северо-восточных и восточных направлении. Самый холодный месяц—январь. Средне-январские температуры понижаются с юго-запада на северо-восток от —8 до—12°. В отдельные дни температура опускается до —20—26°, абсолютный минимум —40°.

Зимой нередки туманы, тогда на проводах, крышах домов, ветвях деревьев осаждается изморозь, иней, что придает окружающему сказочно красивый вид. Больше всего туманов бывает в период с октября по март—около 30—40 дней. Но в отдельные годы число таких дней увеличивается до 80—90. Туман затрудняет работу транспорта, особенно авиации, так как видимость уменьшается при плотных туманах до 50—100 м.

Для волгоградской зимы, как мы убедились, характерно непостоянство. По причинам уже известным нередки оттепели, когда температура воздуха может повыситься с — 15, —20° до +2, +7°.

В северных районах области в течение зимы бывает 15—20 оттепельных дней, в южных районах—30— 35 дней. Оттепели опасны тем, что способствуют как выпреванию, так и вымерзанию озимых культур. Вы-превание случается чаще в конце зимы, при длительных плюсовых температурах. Если в разгар оттепели наступает резкое похолодание, то на полях образуется ледяная корка, озимые гибнут: трескающаяся от мороза земля разрывает корневую систему растений.

Такие периоды характеризуются также гололедом и гололедицей, близкими по своей природе явлениями. Гололед—это слой плотного льда, образующийся на поверхности земли, деревьях, окружающих предметах при намерзании переохлажденных капель дождя или тумана, обычно при температуре несколько ниже 0°С. Гололедица — результат резкого понижения температуры во время оттепели, когда снеговая или дождевая вода на поверхности земли превращается в лед.

Гололед и гололедица наносят большой ущерб: вызывают обрыв проводов, создают аварийную обстановку на дорогах, пропускают в землю воздух, ухудшая этим состояние озимых культур. Поэтому в колхозах и совхозах применяются специальные катки для разрушения на полях ледяной корки.

Зимой нередки метели. Они связаны с прохождением атмосферных фронтов, когда усиливается ветер и выпадает снег. Метели заносят дороги, населенные пункты, сильные метели уносят с полей вместе со снегом частички почвы, повреждая тем самым озимые культуры. В различных районах нашей области за зиму бывает 10—20 дней с метелями, но в отдельные годы число их достигает 40—45. Очень много метелей наблюдалось в зимы 1940/41, 1941/42, 1966/67, 1986/87 гг. Чтобы задержать снег на полях во время метелей и увеличить необходимое почве количество влаги весной, проводят снегозадержание (выставляют специальные щиты, образуют снежные валки).

Весна. Весна — и самое короткое время года. Она наступает в конце марта, когда среднесуточная температура воздуха поднимается выше 0° и сходит снег.

В первой половине апреля среднесуточная температура переходит рубеж +5°, и начинается вегетационный период.

Протекает весна бурно. В первую ее половину резко повышается температура, увеличивается число ясных дней, снег быстро тает, талые воды стремительно скатываются в овраги и балки. Во второй половине весны устанавливается зачастую жаркая погода, Иногда дело доходит до засухи. Приток арктического воздуха, наоборот, вызывает возврат холодов, заморозки.

Заморозки и пыльные бури—наиболее опасные природные явления в этот период. Резкое понижение температуры приводит к вымерзанию молодых растений и плодовых деревьев. На юге области заморозки прекращаются 20—22 апреля, на севере—в начале мая. В отдельные годы бывают очень поздние весенне-летние заморозки. В 1986 г. сильные заморозки отмечались по всей области 6—8 мая, а в 1967 г.— даже 4 июня. Тогда они вызвали массовую гибель овощных и бахчевых культур.

Пыльные бури возникают в отсутствие дождей при усилении скорости ветра до 10—15 м/с. Они уносят верхний плодородный слой почвы, оголяя тем самым семена, корни растений. Наиболее часты пыльные бури в заволжских и южных районах области, их общая продолжительность там составляет не менее 10— 15 дней ежегодно. На остальной территории области количество таких дней не превышает 2—5. Иногда случаются особенно сильные пыльные бури. Например, в феврале 1969 г. и в начале мая 1972 г. такие бури вызвали гибель сельскохозяйственных культур на больших площадях.

Весна—время бурного расцвета природы: разливаются реки, начинается перелет птиц, зеленеют поля, пламенеют тюльпаны, на тонких стеблях появляются белые колокольчики ландышей; в первой половине апреля начинаются сельскохозяйственные работы на полях; в мае цветут сады.

Весна—время первых гроз. От апрельских и майских дождей по многом зависит будущий урожай.

Лето. Это наиболее продолжительное в нашем регионе время года. Начинается оно в первой половине мая (на юге 6—8 мая, на севере— 14—18 мая) с переходом среднесуточной температуры воздуха через отметку +15°. Лето в нашей области жаркое и сухое; преобладают солнечные знойные дни, много пыли. Самый жаркий месяц—июль. Среднеиюльские температуры повышаются с северо-запада на юго-восток—до 22—24°. В жаркие дни воздух прогревается.до 34—36°, а абсолютный плюсовый максимум составляет 41—45°. Летом преобладают ветры западных и Северо-западных направлений. В период циклонов устанавливается более прохладная, облачная, с осадками погода, что, впрочем, наблюдается не очень часто.

 Осадки летом обычно выпадают в виде кратковременных ливней, сопровождающихся грозами, но, случается, и градом, который выбивает посевы, повреждает фруктовые сады, огороды. В отдельные годы количество осадков очень сильно колеблется. В мае 1985 г. их выпало 70 мм, а в мае 1984 г.—всего 8 мм; в июне 1981 г.— 15 мм, в июне 1985 г.—74 мм. Такие колебания осадков сильно сказываются на урожае зерновых культур: средняя урожайность зерновых культур при больших осадках достигает 16—19 ц с га, в засушливые годы снижается до 4—6 ц с га. Сильнейшие засухи поразили область в 1972, 1975 и 1984 гг.

Летом иногда бывают ураганные ветры и шквалы. 9 июля 1986 г. по Котельниковскому, Суровикинскому и Клетскому районам узкой полосой промчался шквал, вызвав сильные разрушения. Были повалены опоры линий электропередач, снесены крыши с домов и различных построек. Скорость ветра достигала 30 м/с, временами—40—50 м/с. Но подобные явления происходят редко, один раз в 30—50 лет.

Засухи, суховеи, пыльные бури называют опасными метеорологическими явлениями. Они приносят большой ущерб народному хозяйству, в частности земледелию. В нашей области с ними ведется активная борьба: применяется безотвальная с сохранением стерни обработка почвы, совершенствуется структура севооборотов, производится снегозадержание, высаживаются лесные полосы, строятся оросительные системы. Тем самым сохраняется, более экономно расходуется влага. В результате повышается урожайность сельскохозяйственных культур.

Летом созревают хлеба, ягоды, фрукты. На полях убирают пшеницу, ячмень, кукурузу.

Осень наступает во второй половине сентября. В это время среднесуточная температура воздуха понижается и стабильно становится ниже +15°. Осень раньше приходит на северо-восток и несколько позже—на юго-запад. Она у нас теплая, продолжительная, по сути дела—лучшее время года. Особенно хорош сентябрь, как бы продолжение лета. Но без иссушающей жары. В конце месяца в основном прекращается уборка сельскохозяйственных культур.

В октябре отмечаются заморозки, увеличивается число пасмурных дней, чаще выпадают дожди, но иногда ненадолго возвращается тепло. В первой половине октября среднесуточная температура воздуха опускается ниже +10°. В это время заканчивают вегетацию сельскохозяйственные культуры, многие древесные, кустарниковые породы, желтеют листья, начинается листопад. К концу месяца все перелетные птицы улетают на юг.

В ноябре много пасмурных дней, часто идут моросящие дожди, наступает пора осенних туманов. В конце месяца нередки снегопады, морозы.

В целом климат северо-запада Волгоградской области, несмотря на его засушливость, благоприятен для получения хороших урожаев зерновых, кормовых культур и овощей. Юго-восточная часть области может быть названа районом рискованного земледелия, и устойчивые урожаи здесь проблематичны.

Глава 1. Влияние абиотических факторов на живые организмы.

 

В природе каждое поколение любого вида подвергается отбору на выживаемость и воспроизводство. Особи, которые выживают и размножаются, передают свои гены следующему поколению, а гены тех, что погибли, не оставив потомства, отсеиваются из генофонда. Таким образом, генофонд каждого вида испытывает действие естественного отбора. Поэтому почти все признаки организма служат выживанию и воспроизводству.

Биологи́ческая адапта́ция (лат. adaptatio - приспособление) - это процесс приспособления живых организмов, популяций или сообществ к определённым условиям внешней среды в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.

Существуют следующие виды адаптации:

1. Адаптация к климатическим и другим абиотическим факторам (чистая шерсть, перелёт птиц на юг, зимняя спячка у медведей, опадение листвы, холодостойкость хвойных деревьев).

2. Адаптация к добыванию пищи и воды (у жирафа - длинная шея, чтобы есть листья с деревьев, паук плетёт сеть, хищники - быстро бегают, длинные корни растений в пустыне).

3. Адаптация, направленная на защиту от хищников и устойчивость к заболеваниям и паразитам (заяц - быстрый бег, ёж - иглы, заяц - окраска, комочки у растений).

4. Адаптация, обеспечивающая поиск и привлечение партнёра у животных и опыление у растений (яркое оперение, пение, запах, яркий цвет у цветков).

5. Адаптация к миграциям у животных и распространение семян у растений (перелёт птиц, стада лошадей, крылья у семян для переноса ветром, колючки у семян).

Выживание вида обеспечивается его генетическим разнообразием и слабыми колебаниями внешних условий. Если генофонд очень разнообразен, даже при сильных изменениях среды некоторые особи сумеют выжить. При низком разнообразии генофонда, наоборот, малейшее изменение среды может привести к вымиранию вида, поскольку генов, позволяющих особям противостоять отрицательному воздействию не найдётся.