Практическое занятие № 14 Основные среды жизни
I. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: изучить основные среды жизни - водную, почвенную, наземно-воздушную, организменную. Дать их характеристику, показать особенности строения и жизнедеятельности организмов в каждой из них.
II. Контрольные вопросы:
1. Характеристика водной среды жизни.
2. Особенности адаптации растений и животных к водной среде.
3. Основные экологические группы гидробионтов.
4.Характеристика наземно-воздушной среды жизни.
5. Особенности адаптации живых организмов к наземно-воздушной среде.
6. Характеристика почвы, как среды жизни.
7. Основные экологические группы почвенных организмов.
8. Живые организмы как среды жизни.
9. Виды симбиоза и их характеристика.
III. Оснащенность занятия:
1. Таблицы, рисунки.
IV.Ход работы:
1. Пользуясь таблицами, изучить основные среды жизни и механизмы адаптации живых организмов к ним.
2. Сравнить различные среды жизни между собой, записать выводы.
На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно оболочкам биосферы: гидросфере, литосфере, атмосфере (рис.1).
Рис. 1. Среды жизни
Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем в ходе исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, которые адаптировались к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей.
Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых является целым миром населяющих его паразитов и симбионтов.
Водная среда жизни
Вода – самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах. Последние содержат до 80-90% воды в своей биомассе. Потери 10-20% воды живыми организмами приводят к их гибели.
В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, находятся различные взвешенные твердые частички. В 1 л пресной воды может содержаться до 1 г солей.
Вода в разных фазовых состояниях содержится в самых различных формах водных скоплений. Многообразие водных объектов представлено на планете семью основными классами: океанами и морями, озерами, реками, болотами, ледниками, водохранилищами и каналами.
Экологические группы гидробионтов. Гидросфера как водная среда жизни занимает около 71% площади. Основное количество воды (более 94%) сосредоточено в морях и океанах. В пресных водах рек, озер количество воды не превышает 0,016% общего объема пресной воды. В водной среде обитает примерно 150 000 видов животных (около 7% от общего их количества) и 10 000 видов растений (8%). Разнообразием и богатством растительного и животного мира отличаются моря и океаны экваториальных и тропических областей, в первую очередь Тихого и Атлантического океанов. На север и юг от этих поясов качественный состав постепенно обедняется. Основная масса организмов Мирового океана сосредоточена в зоне морских побережий умеренного пояса. Известно, что не только водная среда оказывает сильное влияние на ее обитателей, но и живое вещество гидросферы, воздействуя на среду обитания, перерабатывает ее и вовлекает в круговорот веществ. Следовательно, современная гидросфера представляет собой продукт жизнедеятельности живого вещества не только современной, но и прошлых геологических эпох.
Толща воды, или пелагиаль (pelages - море) заселена пелагическими организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. Данные организмы подразделяются на две группы: нектон и планктон. Третью экологическую группу – бентос – образуют обитатели дна.
Нектон (nektos - плавающий) – это совокупность пелагических, активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Это главным образом крупные животные, которые способны преодолевать большие расстояния и сильное течение воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах относятся земноводные и активно перемещающиеся насекомые.
Планктон (planktos – блуждающий, парящий) – это совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и парящие в толще воды личинки многих животных. Планктонные организмы могут располагаться на поверхности воды, на глубине и в придонном слое.
Фитопланктон играет важную роль в жизни водоемов, так как это основной продуцент органического вещества. К фитопланктону относятся в первую очередь диатомовые и зеленые водоросли. В пресных водах распространены не только зеленые, но и сине-зеленые водоросли. В морском зоопланктоне доминируют мелкие ракообразные, простейшие, из крупных представителей – моллюски, медузы, некоторые черви. В пресных водоемах распространены плохо плавающие относительно крупные ракообразные (рис.2), много коловраток и простейших. Планктонные организмы служат важным пищевым компонентом для многих водных животных, включая таких гигантов, как усатые киты.
Бентос (benthos – глубина) – это совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью представлен прикрепленными, медленно передвигающимися или роющими грунт животными. В морском зообентосе доминируют губки, кишечно-полостные, черви, моллюски, асцидии, рыбы и др. Бентосные формы более многочисленны на мелководьях. Фитобентос морей в основном включает водоросли (диатомовые, зеленые, бурые, красные).
В озерах, как и в морях, различают планктон, нектон и бентос. Однако в озерах и других пресных водоемах зообентоса меньше, чем в морях и океанах, а видовой их состав однообразен. Главным образом это губки, простейшие ресничные черви, пиявки, моллюски, личинки насекомых. Фитобентос пресных вод представлен бактериями, диатомовыми и зелеными водорослями.
В жизни водных организмов большую роль играют вертикальное перемещение воды, плотность, температурный, световой, солевой, газовый режимы.
Адаптациия организмов к водной среде. Вода является более стабильной средой, поэтому водные организмы обладают по сравнению с наземными меньшей экологической пластичностью. Пресноводные растения и животные более пластичные, чем морские, так как пресная вода как среда жизни более изменчива.
Особенности адаптации растений к водной среде. Водные растения имеют значительные отличия от наземных растительных организмов. Так, способность водных растений поглощать влагу и минеральные соли непосредственно из окружающей среды отражается на их морфологической и физиологической организации.
Характерным для водных растений является слабое развитие проводящей ткани и корневой системы. Корневая система служит, главным образом, для прикрепления и не выполняет функции минерального питания и водоснабжения, как у наземных растений. Питание же водных растений осуществляется всей поверхностью тела. Гидрофиты отличаются большой поверхностью листьев, что обеспечивает им интенсивный газообмен при недостатке растворенного в воде кислорода и других газов. В их листьях, стеблях и корнях располагаются воздухоносные межклеточные полости, увеличивающие легкость и плавучесть водных растений. Важной особенностью адаптации растений к водной среде является и то, что листья, погруженные в воду, имеют форму узких, длинных нитей (что увеличивает поверхность), очень тонкие и хлорофилл в них располагается в клетках эпидермиса, что способствует усилению интенсивности фотосинтеза при слабом освещении.
Особенности адаптации животных к водной среде. У животных, обитающих в водной среде, адаптивные особенности более многообразные. Животные, обитающие в толще воды, обладают в первую очередь приспособлениями, которые увеличивают их плавучесть и позволяют противостоять течениям.
У мелких форм отмечается редукция скелетных образований. Так, у простейших раковины обладают пористостью, кремневые иглы скелета внутри полые, скопления капелек жира у ночесветки и крупные скопления жира у ракообразных, рыб и китообразных способствуют увеличению плавучести. Плавучесть многих рыб повышают и плавательные пузыри, наполненные газом. Активное плавание у животных осуществляется с помощью ресничек, жгутиков, изгибания тела, реактивным способом за счет энергии выбрасываемой струи воды. Так, некоторые кальмары, используя реактивный способ передвижения, развивают скорость до 40-50 км/час.
У крупных животных нередко имеются специализированные конечности (плавники, ласты), тело их обтекаемой формы и покрыто слизью. Целый ряд гидробионтов обладает особым характером питания – это отцеживание или осаждение взвешенных в воде частиц органического происхождения, мелких организмов. Этот способ питания не требует больших энергетических затрат и характерен для моллюсков, асцидий, рачков и др. Животные-фильтраторы выполняют важную роль в биологической очистке водоемов.
Водные животные большей частью пойкилотермны. У гомойотермных же (китообразные) образуется значительный слой подкожного жира, который выполняет теплоизоляционную функцию.
Осмотическое давление и ионное состояние растворов в теле животных обеспечивается сложными механизмами водно-солевого обмена. Так, пресноводные рыбы избыток воды удаляют усиленной работой выделительной системы, а соли поглощают через жаберные лепестки. Морские же рыбы вынуждены пить морскую воду, а излишки поступающих с ней солей выводят из организма через жаберные лепестки.
В связи с тем, что в воде зрительное восприятие сильно затруднено, многие гидробионты отыскивают пищу и ориентируются с помощью эхолокации (китообразные). Так, дельфин излучает звуковые волны, которые распространяются, отражаются от препятствия и возвращаются к дельфину, который слышит возникающее эхо и обнаруживает предмет, вызвавший отражение звука.
Водным организмам свойствен древний способ ориентации – восприятие химизма среды. Хеморецепторы многих гидробионтов (лососи и др.) обладают чрезвычайной чувствительностью, позволяющей им с поразительной точностью находить места нерестилищ и нагула.
Известно около 300 видов рыб, которые способны генерировать электричество и использовать его для ориентации и сигнализации. Ряд рыб (электрический скат, электрический угорь и др.) используют электрические поля для защиты и нападения.
Смена условий в водной среде вызывает и определенные поведенческие реакции организмов. С изменением освещенности, температуры, солености и других факторов связаны вертикальные (опускание вглубь, поднятие к поверхности) и горизонтальные (нерестовые, зимовальные) миграции животных. В вертикальных миграциях принимают участие миллионы тонн гидробионтов, а при горизонтальных миграциях водные животные могут преодолевать сотни и тысячи километров.