Взаимосвязь организма и среды – центральное понятие биоэкологии

В экологии и философии организм и среда рассматриваются как целостная система. Их тесная взаимосвязь обусловливается спецификой живого организма, нуждающегося в притоке энергии извне.

«Единство организма с окружающей его средой, — пишет В.Г.Афанасьев, — с необходимостью вытекает из самой сущности жизни, из присущего живому обмена веществ. С одной стороны, будучи частью природы, организм представляет собой сложную целостную систему, которая в каждый данный момент времени уравновешивается с внешними силами среды; с другой стороны, только благодаря этому уравновешиванию, постоянной связи со средой организм и способен существовать как целостная система»

[33. - С. 370-371].

Взаимосвязь организма и среды носит определенный, конкретный характер как следствие специфики живого: «...

организму потребны... не всякие, а лишь определенные условия, соответствующие его внутренней природе» [73. — С. 379]. На этой основе исторически выработался тип взаимоотношений живых организмов с внешней средой — он выражается в четкой приспособленности первых к последней.

Взаимосвязь растительных и животных организмов со средой их обитания — это сложное многогранное явление, изучением которого занимается ряд наук. Одно из достижений нашего столетия — бурное развитие экологии — науки, рассматривающей взаимосвязь организмов со средой на популяционно-видовом, биоценологическом и биосферном уровнях. Прямое назначение экологии –

изучение условий существования живых организмов, взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Остановимся сначала на особенностях взаимосвязи со средой обитания животных (главным образом высших, представители которых составляют предметное окружение ребенка).

Экологи Д.Н.Кашкаров, Н.П.Наумов, Р.Дажо, П.Фарб, Ю. Одум, Ф. Дре и другие выделяют три группы факторов, определяющих особенности жизни и приспособленности животных. Это абиотические (климатические, почвенные и пр.), биотические (растительный и животный мир и микроорганизмы) и антропогенные (воздействие человека на природу) факторы. Многообразие внешних факторов, а также вариабельность их сочетаний создают большое количество природных экосистем, в конечном счете определяющих состав животного мира и специфику его адаптации. Среда обитания животного (по Кашкарову, все, что его окружает) определяет конкретные условия его жизни. Взаимодействие животного со средой обитания осуществляется посредством различных типов приспособленности (адаптации), охватывающих все уровни живого организма — от клеточного до надорганизменного: физиологической, структурной (морфологической) и поведенческой. Приспособленность дает возможность животному жить в определенных условиях, размножаться и эффективно использовать материальные ресурсы среды. Животное оказывается способным не только биологически адекватно, с выгодой для себя реагировать на свет, температуру, влагу и т.п. и значительные колебания этих компонентов среды (например, фенологические), но и обеспечить себя пищей, жилищем, обезопасить от природных врагов и превратностей погоды, других неблагоприятных воздействий.

Дошкольникам важно узнать о двух типах адаптации животных – структурной и поведенческой, т. е. тех, которые имеют четкое внешнее выражение и доступны непосредственному наблюдению ребенка. К внешним морфологическим признакам приспособленности животных относятся: общее строение тела, строение органов передвижения, характерные особенности со способами передвижения животных (локомоцией), играющими первостепенную роль во всех сферах их жизни (питание, защита от врагов, размножение, выращивание потомства и др.). Подвижные объекты вызывают особый интерес у дошкольников, оставляют в их памяти яркие образы. С.Л.Рубинштейн, обсуждая причину возникновения детских вопросов, писал: «Материал вопросов черпается по преимуществу из ближайшего окружения. Центральное место обычно занимают резко действенные элементы окружения — люди и животные. Все это характерно для мысли, функционирующей внутри восприятия: она направляется на наглядную ситуацию ближайшего окружения и обращена по преимуществу к действию; носители действия вызывают особый интерес» [62. — С. 322].

Конкретные формы передвижения у разных видов животных строго приспособлены к условиям среды обитания. Известно, что животные, обитающие в водной, воздушной, наземной средах, с разными механическими свойствами, имеют и очень несхожие, специфические локомоторные органы. Большое разнообразие локомоции наблюдается также среди животных, живущих в наземной среде. Чрезвычайно разнородные условия последней создают немало различных экологических ниш, заселение которых животными и приводит к многообразию приспособительных форм. Большое значение имеет в этом отношении и структура субстрата, по которому передвигается животное. О значении приспособленности к передвижению хорошо сказал морфолог П.П.Гамбарян: «Млекопитающие занимают господствующее положение в мире животных. Этому немало способствует их высокая активность, выразившаяся в возникновении совершенных и очень разнообразных способов передвижения в разных средах: наземной, подземной, воздушной и водной. Эволюция млекопитающих шла в основном по пути усовершенствования именно наземного передвижения; остальные типы движения возникли вторично на его основе» [40. — С. 3].

Исключительная роль локомоторных адаптации в процессе эволюции была, в частности, детально вскрыта и глубоко обоснована также выдающимися зоологами А. Н. Северцовым, И. И. Шмальгаузеном, Б. С. Матвеевым.

В приспособленности животных к передвижению выделяется ряд зависимостей, отражающих связь способа и скорости передвижения со строением тела, в частности конечностей. Как указывает П.П.Гамбарян, тот или иной вид и предельная скорость движения обеспечиваются комплексом морфологических признаков: общей длиной конечностей и относительной длиной их сегментов, способом их постановки, строением позвоночника, мышц, площадью опоры и пр. Некоторые из этих зависимостей универсальны и хорошо просматриваются во внешнем строении органов передвижения (например, зависимость способа и скорости передвижения от длины и площади опоры передних и задних конечностей). Эти зависимости доступны для понимания дошкольниками.

Немаловажную защитную функцию выполняют покровы животных, в частности их окраска. По этому вопросу существует обширная литература (Д. Н. Кашкаров, Хью Б. Котт, В. Ковалев, И.С.Ошанин, Ф.Шеппард, П.Фарб и др.). В своей монографии Хью Б. Котт выделяет несколько видов приспособительной окраски, обеспечивающей животному выживание, особенно в тех случаях, когда отсутствуют другие формы защиты: покровительственную окраску, обусловленную подбором подходящего фона или быстрым изменением цвета кожи; предостерегающую, рас-

членяющую и др. Защитная окраска как форма приспособленности животного в сфере питания, защиты от врагов, выращивания потомства и др. достигает эффекта лишь в том случае, если она жестко сочетается с определенной формой поведения (например, маскирующий эффект достигается сочетанием покровительственной окраски с неподвижностью, пугающий эффект — путем сочетания демонстрации ярко окрашенных участков тела с резкими, устрашающими движениями и т.д.).

Специфические защитные структуры покрова (утолщения, панцирные покрытия, рога, иглы и пр.) также вполне доступны для наблюдения дошкольниками. И в данном случае морфологические признаки проявляют свою приспособительную защитную функцию лишь в сочетании с определенными элементами поведения.

Отдельно следует остановиться на приспособительном значении поведения, которое является совокупностью функций рабочих(экзо-соматических)органов животных. Особенности строения каждого данного органа определяют характер его функций, т.е. соответствующих элементов поведения животного. Однако амплитуда поведенческих адаптаций шире, чем у морфологических адаптаций. Она включает в себя и элементы, которые непосредственно не вытекают из особенностей строения органов животного, а как бы функционально дополняют их. С поведением связаны процессы научения, накопления индивидуального опыта. А. Н. Северцов указал в свое время на ведущую адаптивную роль таких благоприобретаемых компонентов поведения животных в процессе эволюции, которые дают животному организму максимальную гибкость при приспособлении к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Наблюдение за поведением животных может содействовать умственному воспитанию дошкольников. С поведением как функцией животного организма связано одно из интересных явлений экологии – конвергентное сходство неродственных особей. Это сходство основывается прежде всего на функциональной аналогии различных организмов.

Часто упоминаемым примером конвергентной эволюции является развитие крыльев у летающих пресмыкающихся, у птиц и млекопитающих, а также насекомых. Во всех этих случаях «ясно видно значение среды в определении строения органа. Среда здесь влияет через функцию органа и, конечно, через естественный отбор наиболее приспособленного к несению этой функции, жизненно важной в данных условиях среды» [75. — С. 146].

Явления конвергентной приспособленности интересны тем, что они носят исключительно внешний характер, доступны наблюдению и ярко отражают факт приспособительной взаимосвязи различных животных со средой обитания.

«Широкое распространение конвергенции обусловлено тем, что направление эволюции нередко определяется ограниченным чис-

лом способов решения функциональных задач, возникающих в процессе приспособления организмов к конкретным экологическим условиям и в выполнении определенных адаптивных функций»[39. -

С. 21].

Явления конвергентного сходства животных интересны дошкольникам по целому ряду причин: они носят внешний характер и доступны наблюдению; особенности внешнего вида и строения животных неразрывно связаны с общей функциональной направленностью организма, т.е. динамикой их поведения; однородность среды, которая является причиной конвергенции, создает возможности наблюдать в природе (например, легко можно наблюдать одновременный полет в воздухе бабочек и птиц). Все это отвечает ситуативности восприятия и мышления дошкольников. Говоря об интеллектуальном своеобразии детей, С.Л.Рубинштейн подчеркивал, что их мышление «расчленяет и связывает свое содержание по преимуществу так, как оно членится и связывается в воспринимаемой ситуации. Это мышление, включенное в восприятие и подчиненное "логике" восприятия» [62. — С. 392].

Теперь рассмотрим особенности взаимосвязи растений со средой обитания. Растения как живые существа значительно отличаются от животных. Наиболее выраженное различие проявляется в способе питания. Зеленое растение — это производитель органического вещества: поглощая из окружающей среды углекислоту, воду, минеральные соли, т.е. неорганические элементы, оно создает органическое вещество. Это автотрофный (или растительный) способ питания. Он не требовал (и не требует) от растений необходимости перемещаться в пространстве в поисках пищи – пища для них имелась повсюду. Поэтому в процессе эволюции сложились их оседлый образ жизни и характерное строение. Взаимоотношения растений с окружающей средой сложны и многообразны.

«Вся совокупность экологических факторов, влияющих на данное растение или данную группировку растений, образует его условия местопроизрастания (местообитания), или среду» [68. — С. 142] (кур-

сив мой. — С. Н.).

Экологические факторы, воздействующие на растения, автор объединяет в четыре группы: I — климатические (атмосферные): тепло, влажность воздуха, состав воздуха, свет, ветер; II — почвенные (эдафические): химический состав почвы, вода в почве, количество и состав почвенного воздуха, тепло почвы, механические свойства почвы, реакция почвы; III — орографические (рельефные): высота над уровнем моря, крутизна склонов, экспозиция; IV — биотические: человек (вырубка, сенокошение, пожар, осушение и орошение местности, обработка почвы), животные (пастьба, вытаптывание, удобрение, рыхление и пр.), растения (накопление перегноя в почве, затенение и пр.). Ко всему

многообразию факторов внешней среды добавляется еще изменчивость их интенсивности.

«Поэтому важно учитывать проявление того или иного из них не только в определенный момент, а знать весь его режим, его изменение в течение целого года или даже нескольких лет» [68. — С. 144].

Факторы внешней среды действуют на растение не изолированно, а во всей их совокупности. Например, питательные вещества почвы используются растением лишь при наличии оптимальной температуры, влажности и реакции почвы. Изменение одного фактора приводит к повышенной или пониженной потребности в другом факторе. Столь сложные взаимоотношения растения со средой обитания, учет всего многообразия факторов и их изменений недоступны детям дошкольного возраста. Однако их модификация и упрощение до нескольких факторов, наиболее значимых в жизни растений, вполне доступны пониманию и усвоению в старшем дошкольном возрасте (это доказано практикой и исследованиями).

У большинства растений есть надземная и подземная части. Под землей находится корень, функции которого — закрепление растения в земле и всасывание из почвы воды и минеральных солей. У большинства растений корни уходят глубоко в землю, имеют множество разветвлений и тонких волосков. Старые части корня покрыты пробковой тканью, которая не пропускает воду. Функцию поглощения воды и питательных веществ выполняют только молодые тонкие корни. Стебель (ствол, ветки) выполняет проводящую функцию — передает воду и соли листьям, цветам, плодам.

Чрезвычайно важна функция листьев у растений. Еще в XVIII в. было обнаружено, а потом доказано, что растение днем при солнечном свете выделяет кислород, в листьях осуществляется процесс фотосинтеза —

окислительно-восстановительнойреакции образования органических веществ из углерода воздуха с помощью световой энергии, улавливаемой хлорофильными элементами зеленого растения. Таким образом, основная функция зеленых листьев — поглощение света. Ее довольно легко наблюдать на комнатных растениях, листья которых всегда располагаются перпендикулярно к потоку световой энергии.

При наличии всех необходимых: условий растение бурно растет, затем начинает цвести и плодоносить. Появление цветов сигнализирует о завершении вегетативного периода и наступлении качественно нового этапа в онтогенетическом развитии растения. Цветок — это орган размножения, в опыленном состоянии он дает начало развитию плода. Созревание плодов завершает жизненный цикл растений: однолетние — погибают, многолетние — переходят в состояние покоя.

Как и все живые организмы, растения хорошо приспособлены к среде обитания. Приспособленность проявляется в различных морфологических особенностях растений, в их физиологических процессах, которые можно наблюдать в сезонной смене их состояний. Осеннее сбрасывание листвы, например, имеет определенный биологический смысл: значительно уменьшается общая поверхность надземной части растения, а следовательно, и опасность зимнего испарения влаги. Сбрасывая листву, растение облегчает себе перезимовку, сокращает возможные потери воды. Это одно из приспособлений, позволяющих лучше переносить суровые условия холодного времени года. Многолетние травянистые растения, которые зимуют под толстым слоем снега (т. е. в совершенно иных условиях), приобрели другие формы приспособленности: у одних выработалась холодоустойчивость, и они зимуют в зеленом виде (например, копытень, брусника); у других отмирает лишь надземная часть растения, а под землей в состоянии покоя сохраняются корневища, клубни, луковицы, которые весной дают новые молодые побеги.

Приспособленность к различным условиям жизни, проявляющаяся в морфологических особенностях, отчетливо видна на растениях разных климатических зон.

Внешний облик растительного покрова, состав растений любой территории во многом определяются особенностями местного климата — прежде всего температурой и количеством осадков в разные периоды года. По типу отношения растений к таким факторам внешней среды, как вода, свет, температурные условия, сложились группы, которые мирятся с недостатком какого-либофактора или, наоборот, требуют его изобилия. Та или иная особенность таких растений имеет ярко выраженные характерные признаки строения. Например, имеются растения фотофилы (светолюбивые), фотофобы (теневыносливые). Растения, которые приспособились к суровым условиям пустынь (обезвоженность, сильная жара, резкие температурные колебания), относятся к группе ксерофитов. Крайняя форма ксерофитов — кактусы, обитатели американских пустынь: их строение направлено на длительное сохранение и очень экономное расходование влаги — вместо листьев колючки, чрезмерно толстый стебель (основное хранилище влаги) покрыт толстой водонепроницаемой кутикулой, мощная корневая система располагается в поверхностных слоях почвы, что помогает максимально использовать каждый случай выпадения осадков. Не хуже приспособились к засушливым условиям суккулентные растения, имеющие толстые, сочные стебли и листья.

Противоположное явление представляют собой растения, привыкшие к изобилию влаги, — их тонкие стебли и листья легко испаряют ее и быстро реагируют на недостаток воды. Все эти морфологические приспособительные особенности хорошо пред-

ставлены на разнообразных комнатных растениях. Эти особенности можно наблюдать с детьми и учитывать при уходе за растениями.