Покрытосеменные по сравнению с другими высшими растениями в настоящее время преобладают в растительном покрове Земли. Они оказались «победителями в борьбе за существование», т.к. смогли приспособиться к различным условиям жизни благодаря следующим особенностям:
Семя защищено плодом, который формируется из цветка;
Растения опыляются не только с помощью ветра, но и с помощью насекомых и других животных, которых привлекает нектар цветков;
Плоды имеют разнообразные приспособления для расселения семян ветром, водой, животными;
Проводящая система, соединяющая надземную и подземную части, развита лучше, чем у всех остальных отделов растений;
Вегетативные органы (корни, стебли, листья) очень разнообразны по строению в зависимости от условий обитания;
Покрытосеменные представлены разнообразными жизненными формами: деревья, кустарники, травы;
Наряду с семенным размножением широко распространено вегетативное;
Таким образом, господство покрытосеменных в современной флоре связано с появлением нового генеративного органа (цветка), разнообразием вегетативных органов, появлением различных способов питания и размножения.
Что такое СПИД и в чем заключается опасность этого заболевания?
Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) - это инфекционное заболевание, поражающее иммунную систему человека. Возбудителем является вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), который поселяется в Т-лимфоцитах и уничтожает их, нарушая иммунный ответ организма на проникновение инфекции и возникновение опухолевых клеток. В результате такого воздействия ВИЧ любая инфекция (например, стафилококк) может привести к летальному исходу.
Особая опасность СПИДа заключается в длительном бессимптомном инкубационном периоде, когда даже сам больной не знает, что он является источником инфекции.
Пока не найдена вакцина или лекарство от СПИДа, медицинская помощь состоит в облегчении симптомов заболевания. Смертность на сегодня составляет 100% от количества зараженных.
Пути передачи вируса: половой, от матери к плоду, через кровь.
Предупреждением заболевания является прерывание путей передачи.
Половой путь можно прервать:
воздержанием от половых отношений;
ответственным выбором партнера;
использованием презерватива.
Путь передачи ВИЧ через кровь от матери к плоду прервать крайне затруднительно (необходим постоянный медицинский контроль с момента зачатия).
ВИЧ может попасть в кровь:
1) при использовании нестерильных медицинских инструментов (инъекции, лечение зубов);
2) в результате нарушения гигиенических требований к проведению косметических процедур (маникюр, педикюр).
ВИЧ распространен среди наркоманов, т.к. для внутривенных инъекций они используют общий шприц.
Таким образом, предупредить СПИД возможно при условии соблюдения норм личной и социальной гигиены.
Билет № 3
1. Охарактеризуйте особенности скелета человека, возникшие в связи с прямохождением и трудовой деятельностью.
3. Какие основные пути попадания в организм человека радионуклидов, каковы меры предупреждения?
1. Охарактеризуйте особенности скелета человека, возникшие в связи с прямохождением и трудовой деятельностью.
I. Сходство в строении скелетов человека и млекопитающих животных:
1. Скелеты состоят из одинаковых отделов: череп, туловище (грудная клетка и позвоночник), верхние и нижние конечности, пояса конечностей.
2. Эти отделы образованы одинаковой последовательностью соединения костей.
Например:
грудная клетка - ребра, грудина, грудной отдел позвоночника;
верхняя конечность:
1) плечо (плечевая кость);
2) предплечье (локтевая и лучевая кости);
3) кисть (запястье, пястье и фаланги пальцев);
пояс верхних конечностей - лопатки, ключицы;
нижняя конечность:
1) бедро (бедренная кость);
2) голень (большая и малая берцовая кости);
3) стопа (предплюсна, плюсна, фаланги пальцев);
пояс нижних конечностей - тазовые кости.
II. Отличия в строении скелетов человека и животных:
1. Мозговой отдел черепа больше, чем лицевой. Это связано с развитием мозга в результате трудовой деятельности.
2. Кость нижней челюсти имеет подбородочный выступ, что связано с развитием речи.
3. Позвоночник имеет четыре плавных изгиба: шейный, грудной, поясничный, крестцовый, которые амортизируют толчки при ходьбе, беге, прыжках.
4. В связи с вертикальным положением тела грудная клетка человека расширена в стороны.
5. Таз имеет форму чаши и является опорой для внутренних органов.
6. Сводчатая стопа амортизирует толчки при ходьбе, беге, прыжках.
7. Все кости кисти и их соединение с запястьем очень подвижны, большой палец противопоставлен остальным. Рука - орган труда. Развитие большого пальца руки и его противопоставление всем остальным, благодаря чему кисть способна выполнять разнообразные и чрезвычайно тонкие трудовые операции. Это связано с трудовой деятельностью.
Таким образом, сходство в строении скелетов связано с единым происхождением, а отличия - с прямохождением, трудовой деятельностью и развитием речи.
2. Как организмы взаимодействуют между собой в среде? Приведите примеры форм сосуществования организмов.
Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие:
Положительное - один организм получает пользу за счёт другого.
Отрицательное - организму причиняется вред из-за другого.
Нейтральное - другой никак не влияет на организм.
Способы сосуществования организмов
Мутуализм - взаимовыгодные отношения между организмами. Мутуализм может быть «жёстким» или «мягким». В первом случае сотрудничество жизненно необходимо для обоих партнеров, во втором отношения более или менее факультативны.
Пиявка, живущая на брюшке омара и истребляющая только погибшие и
загнивающие яйца, которые омар носит прикрепленными к брюшку;
Рыба-клоун живет вблизи актиний, в случае угрозы рыба находит убежище в
щупальцах актиний, при этом рыбы-клоуны отгоняют других рыб, которые любят
полакомиться актиниями.
Комменсализм - взаимоотношения между индивидами или группами разных видов, которые существуют без конфликтов и без взаимопомощи. Варианты комменсализма:
· комменсал ограничивается использованием пищи организма другого вида (в извивах раковины рака-отшельника обитает кольчатый, питающийся остатками пищи рака);
· комменсал прикрепляется к организму другого вида, который становится «хозяином» (например, рыба-прилипала плавником-присоской прикрепляется к коже акул и др. крупных рыб, передвигаясь с их помощью);
· комменсал селится во внутренних органах хозяина (например, некоторые жгутиконосцы обитают в кишечнике млекопитающих).
Аменсализм - тип межвидовых взаимоотношений, при котором один вид, именуемый аменсалом, претерпевает угнетение роста и развития, а второй, именуемый ингибитором, таким испытаниям не подвержен.
Влияние деревьев-доминантов на виды мохового и травяного ярусов: под пологом
деревьев уменьшается освещенность, повышается влажность воздуха.
Хищничество - трофические отношения между организмами, при которых один из них (хищник) атакует другого (жертву) и питается частями его тела.Например, львы поедают буйволов; медведи ловят рыбу.
Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня - для северных.
В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям: влаголюбивые - ближе к водоемам, теневыносливые - под пологом леса и т. д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений.
В большинстве случаев растения и посевы (посадки) сельскохозяйственных культур, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним как результат приспособления к условиям существования, сложившимся исторически, что отмечал еще К. А. Тимирязев.
1. Основные среды жизни.
При изучении окружающей среды (среды обитания растений и животных и производственной деятельности человека) выделяют следующие ее основные составляющие: воздушную среду; водную среду (гидросферу); животный мир(человек, домашние и дикие животные, в том числе рыбы и птицы); растительный мир (культурные и дикие растения в том числе растущие в воде);почву(растительный слой);недра(верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых); климатическую и акустическую среду.
Воздушная среда может быть наружной, в которой большинство людей проводят меньшую часть времени (до 10-15%), внутренней производственной (в ней человек проводит до 25-30% своего времени) и внутренней жилой, где люди пребывают большую часть времени (до 60-70% и более).
Наружный воздух у поверхности земли содержит по объему: 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,94% инертных газов и 0,03% углекислого газа. На высоте 5 км содержание кислорода остается тем же, а азота увеличивается до 78,89%. Часто воздух у поверхности земли имеет различные примеси, особенно в городах: там он содержит более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде. Внутренний воздух в жилищах, как правило, имеет
повышенное содержание углекислого газа, а внутренний воздух производственных помещений обычно содержит примеси, характер которых определяется технологией производства. Среди газов выделяется водяной пар, который попадает в атмосферу в результате испарений с Земли. Большая его часть (90%) сосредоточена в самом нижнем пятикилометровом слое атмосферы, с высотой его количество очень быстро уменьшается. Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности Земли и частично из космоса. При сильных волнениях ветры подхватывают водяные брызги из морей и океанов. Так попадают в атмосферу из воды частицы соли. В результате извержения вулканов, лесных пожаров, работы промышленных объектов и т.д. воздух загрязняется продуктами неполного сгорания. Больше всего пыли и других примесей в приземном слое воздуха. Даже после дождя в 1 см содержится около 30 тыс. пылинок, а в сухую погоду их в сухую погоду их в несколько раз больше.
Все эти мельчайшие примеси влияют на цвет неба. Молекулы газов рассеивают коротковолновую часть спектра солнечного луча, т.е. фиолетовые и синие лучи. Поэтому днем небо голубого цвета. А частицы примесей, которые значительно крупней молекул газов, рассеивают световые лучи почти всех длин волн. Поэтому, когда воздух запылен или в нем содержатся капельки воды, небо становится белесоватым. На больших высотах небо темно-фиолетовое и даже черное.
В результате происходящего на Земле фотосинтеза растительность ежегодно образует 100 млрд. т. органических веществ (около половины приходится на долю морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т. углекислого газа и выделяя во внешнюю среду около 145 млрд.т. свободного кислорода, полагают, что благодаря фотосинтезу образуется весь кислород атмосферы. О роли в этом круговороте зеленых насаждений говорят следующие данные: 1 га зеленых насаждений в среднем за 1 час очищает воздух от 8 кг углекислого газа (выделяемого за это время при дыхании 200 человек). Взрослое дерево за сутки выделяет 180 литров кислорода, а за пять месяцев (с мая по сентябрь) оно поглощает около 44 кг углекислого газа.
Количество выделяемого кислорода и поглощаемого углекислого газа зависит от возраста зеленых насаждений, видового состава, плотности посадки и других факторов.
Не меньшее значение имеют и морские растения - фитопланктон(в основном водоросли и бактерии), высвобождающие путем фотосинтеза кислород.
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. кубических километров - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши--территории, занимающей 149 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7є С. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.
Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30єС).
Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга.
Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическим километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории.
Климатическая среда является важным фактором, определяющим развитие различных видов животного, растительного мира и его плодородие. Характерной особенностью России является то, что большая часть ее территории имеет значительно более холодный климат, чем в других странах.
Все рассмотренные составляющие окружающей среды входят в
БИОСФЕРУ: оболочку Земли, включающую часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимно связанны сложными биохимическими циклами миграции вещества и энергии, геологическую оболочку Земли, населенную живыми организмами. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей; нижний - высокой температурой земных недр (свыше100`С). Крайних пределов ее достигают только низшие организмы - бактерии.
Адаптация (приспособление) растения к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов (физиологическая адаптация), а у популяции организмов (вида) - благодаря механизмам генетической изменчивости, наследственности и отбора (генетическая адаптация). Факторы внешней среды могут изменяться закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям.
В естественных для вида природных условиях произрастания или возделывания растения в процессе своего роста и развития часто испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, к которым относят температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т. д. Каждое растение обладает способностью к адаптации в меняющихся условиях внешней среды в пределах, обусловленных его генотипом. Чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, тем шире норма реакции данного растения и лучше способность к адаптации. Это свойство отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние при изменяющихся условиях внешней среды, т. е. поддерживать гомеостаз. Однако резкие и длительные воздействия приводят к нарушению многих функций растения, а часто и к его гибели.
При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней, не обеспечивающих реализацию генетической программы онтогенеза, нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы - стресс. Стресс - общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений: физические - недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия; химические - соли, газы, ксенобиотики (гербициды, инсектициды, фунгициды, промышленные отходы и др.); биологические - поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция е другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов.
Фенология городских растений
· В городах фенологические явления по срокам и скорости заметно отличаются от обычного их хода для данного района. Хорошо известно, что весенние явления в городе наступают раньше и идут быстрее. Опережение сроков составляет в большом городе несколько дней.
· В природных растительных сообществах травы развиваются и зацветают в четкой фенологической последовательности. В городе же благодаря пестроте «микроусловий» такой четкой фенологической последовательности не существует. Например, над теплокоммуникациями, где прогревается почва и отсутствует снежный покров, растения могут не уходить на зимний покой. У них часто наблюдается развитие генеративных органов осенью и даже зимой (у одуванчика лекарственного – Taraxacum officinale , яснотки белой – Lamium album и пурпурной – L. purpureum , мятлика однолетнего – Poa annua ). Сходные явления наблюдаются у нагретой стены дома, где уже цветет одуванчик и колосится мятлик, а на соседнем затененном газоне еще едва началось прорастание перезимовавших трав. Иногда такое отепляющее действие сказывается даже на развитии отдельных ветвей дерева или куста, расположенных вблизи стены или свисающих над асфальтом. И в результате на одной стороне куста весна наступает на 2–4 дня раньше, чем на другой.
· Раньше и скорее распускаются почки у деревьев на освещенной стороне улицы, чем на затененной, поскольку здесь температура воздуха на 3–5оС выше. Замечено, что в Москве на улицах широтного направления липы, растущие на солнечной стороне, одеваются листьями на 6–8 дней раньше, чем на теневой. Пожелтение и опадение листьев, напротив, наступают гораздо раньше обычных сроков, в том числе и из-за накопления в листьях токсических веществ.
· Поскольку у деревьев часто отмирают верхушечные почки, появляется такое нарушение сезонного развития, как пробуждение спящих почек, из которых развиваются дополнительные («жировые») побеги. Однако эти побеги недолговечны: они не успевают одревеснеть и зимой вымерзают.
· Можно обнаружить интересную особенность, типичную именно для деревьев, живущих в городах. Те из них, которые растут в непосредственной близости от фонарей, не торопятся сбрасывать листву. В отдельных случаях на улицах в конце поры листопада можно даже заметить определенный ритм в чередовании деревьев, уже полностью оголенных и еще облиственных, хотя бы частично; он довольно четко совпадает с расположением уличных фонарей. По-видимому, это связано с вечерним искусственным освещением, которое влияет на фотопериодизм у растений.
Анатомо-морфологические особенности городских растений
Высокая концентрация токсических веществ и жесткие микроклиматические условия приводят к структурным изменениям растений, выражающимся в появлении и усилении ксероморфных черт.
Так, если в кроне лесного дерева ксероморфные черты имеют лишь хорошо освещенные – «световые» верхние листья, а большая часть листвы находится в глубоком затенении, то у городских деревьев как раз «световые» листья преобладают в кроне, поскольку такое затенение со стороны соседей, как в лесу, практически отсутствует. Да и «теневые» листья в кроне городского дерева более ксероморфны, чем «световые» листья в лесу.
У городских деревьев обычно более редкие кроны, короче побеги, меньше площадь листвой поверхности и каждого листа в отдельности. Как показано на примере липы, уже в почке зачатки листьев в городе меньше, чем у загородных деревьев. Это отставание в размерах увеличивается затем в процессе «открытого роста», когда лист выходит из–под защиты почечных чешуй. Поскольку ежегодный прирост побегов у городских деревьев снижен из-за торможения фотосинтеза, в кроне формируются более короткие побеги (у той же липы - на 10–12%, у других видов – до 30–50%). Атмосферные загрязнения могут служить причиной и иных нарушений в росте и ветвлении, например иногда у липы образуются двойные почки. При обилии таких нарушений у деревьев возникают уродливые формы роста, которые получили название “габитус загрязнения”.
Газонные же злаки оказываются низкорослыми даже без скашивания. Так, крупные травы (“верховые злаки” естественных лугов) на газонах шинных и химических заводов не вырастают выше 10–20 см.
Наблюдения за анатомической структурой листа городских растений показали, что уменьшается размер листовой пластинки и ее толщина, возрастает мощность покровных тканей, уменьшается толщина кутикулы, увеличивается число устьиц на единицу поверхности листа и количество жилок.
Поглощение и накопление листом токсических вещество часто приводит к нарушению устьичного и фотосинтетического аппарата: клетки устьиц и околоустьичные клетки деформируются, нарушается внутренняя структура хлоропластов, содержание хлорофилла в листьях растений уличных посадок в 1,5–4 раза меньше, чем у растений в естественных условиях. Кроме того, наблюдается недоразвитие и деформация пыльцы в пыльниках. Показано, что характер изменения пигментов в листьях городских деревьев зависит от газоустойчивости вида. Неустойчивые виды реагируют снижением содержания пигментов, а виды газоустойчивые сохраняют или увеличивают их количество.
Внешний вид городских растений, т.е. их габитус, часто формируется под воздействием обрезки и стрижки . Это не только нарушает ростовые процессы, но также меняет естественное соотношение надземной и подземной частей. Обрезка и стрижка резко сокращают общую листовую фотосинтезирующую поверхность, при этом нефотосинтезирующая часть (ствол, ветви, корни) продолжают расходовать продукцию фотосинтеза на дыхание. Нарушение соотношения между синтезом органических веществ и их расходом на дыхание ослабляет их рост.
У газонных трав, постоянно подвергающихся стрижке, также нарушаются процессы роста и ветвления. Усиливается кущение, появляется множество дополнительных побегов, в результате чего травы растут в виде густой щетки, с гораздо большей плотностью побегов, чем в луговых травостоях. А регулярное удаление фотосинтезирующей поверхности означает невозможность создания и отложения в нужных количествах запасных питательных веществ в подземных органах. Недаром газоны в отличие от естественных лугов требуют со стороны человека постоянной поддержки и возобновления.
Реакция растений на постоянные стрижку и обрезку проявляется в быстром отрастании новых побегов после срезания, усиление фотосинтеза у остающихся обрезков листьев, зависимости этих растений от помощи человека (например, внесение удобрений) и т.д.
Изменения наблюдаются и в строении подземных органов. Так, корневая система городских растений асимметрична: в сторону газона протягиваются более длинные и поверхностные, хорошо разветвленные корни, а с противоположной стороны корни в основном идут вглубь и ветвятся лишь до границы асфальта. У городских деревьев и кустарников вообще угнетено развитие мелких корней, что приводит к уменьшению поглощающей поверхности. Кроме того, наблюдается заглубление основной массы всасывающих корней деревьев на теневой стороне улицы до глубины 30-60 см, а на более прогреваемой солнечной стороне - еще глубже, до 40-80 см, что связано с тепловым режимом почв.
Особенности физиологических процессов городских растений
Фотосинтез. У всех городских растений наблюдается снижение интенсивности фотосинтеза. Так, у 20–25-летних лип в городе фотосинтез примерно вдвое слабее, чем у таких же деревьев в пригородном парке. Снижение фотосинтеза сохраняется длительное время (до полугода), даже при пересадке растений из загазованных районов в незагазованные. В то же время у газонных растений, при постоянном скашивании, наблюдается усиление фотосинтеза в оставшихся частях обрезанных листьев.
Дыхание у городских растений имеет нередко повышенную интенсивность, особенно ночное дыхание у деревьев близ каменных зданий и стен, нагретых днем и отдающих тепло ночью.
Транспирация . Водный режим городских растений – наименее изученная сторона их жизни. И тем не менее у городских растений отмечена повышенная транспирация растений и водный дефицит. Так, если у липы в лесу листья обычно содержат 70–80% воды, то на улицах города в жаркое лето было зафиксировано понижение оводненности листьев до 50–52%. Водный режим осложняется и нарушением целости устьичных клеток: вследствие загрязнения атмосферы они часто теряют способность регулировать ширину устьичных щелей.
Минеральное питание городских растений затруднено прежде всего вследствие недостатка минеральных веществ в почве. Но при этом частое закисление почв ведет к увеличению подвижности многих химических элементов. Кроме того, тяжелые металлы, поглощаемые растениями, такие как цинк, молибден, марганец, медь являются микроэлементами и участвуют в обменных процессах растений. Многие же тяжелые металлы, даже будучи поглощенными (например свинец), не перемещаются в растениях, а концентрируются в корневой системе.
Город, как экосистема, включает целый ряд особых техногенных местообитаний, которые коренным образом отличаются от условий произрастания зональных типов растительности. Поэтому в нем формируются специфические растительные сообщества со своеобразным видовым составом. Из остатков «аборигенной» растительности и элементов окружающей «дикой» флоры в сочетании с привнесенными сорными и культурными видами в каждом городе формируется своеобразный растительный покров как бы без участия человека.
На формирование городской флоры оказывают влияние два противоположно направленных процесса:
1. исчезновение ряда видов, свойственных естественным местообитаниям данного региона;
2. обогащение флористического состава городов.
Исчезновение видов связано с высокой чувствительностью и загрязнением среды, а также высокой чувствительностью к рекреационным нагрузкам. При изучении лихенофлоры окрестностей Санкт-Петербурга отмечено, что из 63 видов, найденных в 1991 году, и из 74 видов, приводимых в списке в 1918 году, общими оказались только 26 видов.
В обогащении флоры городов большую роль играют адвентивные (заносные виды). В начале XIX века в Москве насчитывалось 50 адвентивных видов, а в начале XXI века выявлено 370! Заносные виды составляют в среднем около 30% флоры города, доля их участия максимальна на свалках и железных дорогах. Исследования, проведенные во Владивостоке, Риге, Санкт-Петербурге, Киеве, Варшаве, Цюрихе, Хельсинки, Праге, показали, что наиболее массовыми являются беглые культурные и декоративные растения, которые вытесняют аборигенные виды (например, борщевик Сосновского – Heracleum sosnowskyi , люпин многолистный – Lupinus polyphyllus , галинсога мелкоцветковая – Galinsoga parviflora и др.). Поэтому, есть мнение, что в городах не происходит количественного обеднения флоры.
Флора города рассматривается как единое целое, но встречаемость видов неодинакова в разных частях городской среды. Разные виды поселяются в разных местообитаниях города, поэтому такие зоны города, как центр, жилые и промышленные территории, зеленые зоны, пустыри и кладбища, характеризуются своим набором видов. Есть и такие специфические местообитания, как крыши, стены домов, старых замков, гранитные набережные, памятники, крепости, метрополитен, транспорт и т.д.
Для многих городов мира составлены списки адвентивной флоры отдельных антропогенных мест обитания: «железнодорожные флоры», «портовые флоры», «флоры улиц, обочин дорог, свалок» и т.д.
Причина видового богатства города состоит в сильной гетерогенности города как местообитания и в различном характере землепользования, что создает многочисленные экологические ниши.
Схожесть условий в городах приводит к некоторой схожести флористического состава городов разных климатических зон. Так, 15% видов растений является общим для всех городов Европы. А если учитывать только центры городов, то этот процент еще выше.
По отношению к условиям городской среды выделяют пять групп видов растений:
· Экстремальные урбанофобы – виды, избегающие городские местообитания.
· Умеренные урбанофобы – виды, распространенные в естественных или антропогенных местообитаниях при слабых нарушениях (в парках, садах и т.д.).
· Урбанонейтральные растения – виды, распространенные во всех зонах города и имеющие широкую амплитуду к увлажнению, затенению и богатству почв.
· Умеренные урбанофилы – виды, встречающиеся в застроенной части города, но не исчезающие из окрестностей.
· Экстремальные урбанофилы – встречаются только в застроенной части города.
У высших растений происходит насасывание воды из почвы корневой системой, проведение ее вместе с растворенными веществами к отдельным органам и клеткам и выведение путем транспирации . В водном обмене у высших растений около 5 % воды используется в ходе фотосинтеза , остальная часть идет на компенсацию испарения и поддержание осмотического давления.
Вода, поступающая из почвы в растения, почти полностью испаряется через поверхность листьев. Это явление называется транспирацией. Транспирация - уникальное явление в наземных экосистемах, играющее важную роль в энергетике экосистем. Рост растений существенно зависит от транспирации. Если влажность воздуха слишком велика, как, например, в тропическом лесу, где относительная влажность приближается к 100 %, то деревья отстают в росте. В этих лесах большая часть растительности представлена эпифитами, по-видимому, из-за отсутствия "транспирационной тяги".
Отношение роста растений (чистой продукции) к количеству транспирированной воды называется эффективностью транспирации . Она выражается в граммах сухого вещества на 1000 г транспирированной воды. Для большинства видов сельскохозяйственных культур и диких видов растений эффективность транспирации равна или менее 2. У засухоустойчивых растений (сорго, просо) она равна 4. У растительности пустынь она не намного больше, так как адаптация у них выражается не в уменьшении транспирации, а в способности прекращать рост при отсутствии воды. В сухой сезон эти растения сбрасывают листья или, как кактусы, закрывают на дневное время устьица.
Растения сухого климата приспосабливается морфологическими изменениями, редукцией вегетативных органов, особенно листьев.
Адаптации животных
|
Животные теряют влагу с испарениями, а также путем выделения конечных продуктов обмена веществ. Компенсацией потерь воды у животных служит ее поступление с пищей и питьем. (н апример, большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи). Большая часть животных пустынь никогда не пьет, они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступившей с пищей Другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии . |
|
В неблагоприятных условиях животные часто сами регулируют свое поведение так, чтобы избежать недостатка влаги: переходят в защищенные от иссушения места, ведут ночной образ жизни. Многие животные не покидают пределов переувлажненных местообитаний. Другие животные получает воду в процессе окисления жиров . Например, верблюд, и насекомые - рисовый и амбарный долгоносик и другие. |
Классификация организмов по отношению к влажности среды
Гидатофиты - это водные растения.
Гидрофиты - это растения наземно-водные.
Гигрофиты - наземные растения живущие в условиях повышенной влажности.
Мезофиты - это растения, произрастающие при среднем увлажнении
Ксерофиты - это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на:
Суккуленты - сочные растения (кактусы).
Склерофиты - это растения с узкими и мелкими листьями, и свернутыми в трубочки.
Осадки, тесно связанные с влажностью воздуха, представляют собой результат конденсации и кристаллизации водяных паров в высоких слоях атмосферы. В приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги - выпадает иней.
Одна из основных физиологических функций любого организма - поддержание на достаточном уровне количества воды в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались разнообразные приспособления к добыванию и экономному расходованию воды, а также к переживанию засушливого периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи, другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (например, верблюд, способный путем биологического окисления из 100 г жира получить 107 г метаболической воды); при этом у них минимальна водопроницаемость наружных покровов тела, преимущественно ночной образ жизни и т. д. При периодической засушливости характерно впадание в состояние покоя с минимальной интенсивностью обмена веществ. Наземные растения получают воду главным образом из почвы. Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению, а избыток влаги - к переувлажнению и заболачиванию почв.
Баланс влаги зависит от разницы между количеством выпавших осадков и количеством воды, испарившейся с поверхностей растений и почвы, а также путем транспирации.
4. Влияние концентрации биогенных элементов, солености, рН, газового состава среды, течений и ветера, гравитация, электромагнитных полей на организмы.
Биогенные элементы химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего это кислород (составляющий 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности.
Многие элементы имеют большое значение только для определённых групп живых существ (например, бор необходим для растений, ванадий - для асцидий и т.п.). Содержание тех или иных элементов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (в частности, для растений - от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов. Элементы, постоянно содержащиеся в организмах млекопитающих, по их изученности и значению можно разделить на 3 группы: элементы, входящие в состав биологически активных соединений (ферменты, гормоны, витамины, пигменты) , они являются незаменимыми; элементы, физиологическая и биохимическая роль которых мало выяснена или неизвестна.
Соленость
Водный обмен теснейшим образом связан с солевым обменом. Он приобретает особое значение для водных организмов (гидробионтов ).
Для всех водных организмов характерно наличие проницаемых для воды покровов тела, поэтому различие в концентрации растворенных в воде солей и солей, определяющих осмотическое давление в клетках организма, ток. создает осмотический Он направлен в сторону большего давления.
У гидробионтов, обитающих в морских и пресноводных экосистемах наблюдаются существенные отличия в адаптациях к концентрации растворенных в водной среде солей.
У большинства морских организмов внутриклеточная концентрация солей близка к таковой в морской воде.
Любые изменения внешней концентрации приводят к пассивному изменению осмотического тока.
Внутриклеточное осмотическое давление меняется соответственно изменению концентрации солей в водной среде. Такие организмы называютпойкилоосмотическими.
К ним относятся все низшие растения (в том числе сине-зеленые водоросли- цианобактерии), большинство морских беспозвоночных животных.
Диапазон толерантности к изменениям концентрации солей у этих организмов невелик; они распространены, как правило, в морских экосистемах с относительно постоянной соленостью .
К другой группе водных организмов относятся так называемые гомойоосмотические.
Они способны активно регулировать осмотическое давление и поддерживать его на определенном уровне независимо от изменений концентрации солей в воде, поэтому их называют также осморегуляторами.
К ним относятся высшие раки, моллюски, водные насекомые. Осмотическое давление внутри их клеток не зависит от химической природы растворенных в цитоплазме солей. Оно обусловлено общим количеством растворенных частиц (ионов). У осморегуляторов активная ионная регуляция обеспечивает относительное постоянство внутренней среды, а также способность избирательно извлекать из воды отдельные ионы и накапливать их в клетках своего организма.
Задачи осморегуляции в пресной воде противоположны таковым в морской.
У пресноводных организмов внутриклеточная концентрация солей всегда выше, чем в окружающей среде.
Осмотический ток всегда направлен внутрь клеток, и эти виды являются гомойосмотическими.
Важным механизмом поддержания у них водно-солевого гомеостаза является активный перенос ионов против градиента концентрации.
У некоторых водных животных этот процесс осуществляется поверхностью тела, но главным местом такого активного транспорта служат специальные образования – жабры.
В ряде случаев покровные образования затрудняют проникновение воды через кожу, например, чешуя, панцири, слизь; тогда активное выведение воды из организма происходит с помощью специализированных органов выделения.
Водно-солевой обмен у рыб представляет собой более сложный процесс, который требует отдельного рассмотрения. Здесь отметим лишь, что он происходит по следующей схеме:
Вода поступает в организм осмотическим путем через жабры и слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта, избыток ее выводится через почки. Фильтрационно-реабсорбционная функция почек может меняться в зависимости от соотношения осмотических давлений водной среды и жидкостей организма. Благодаря активному переносу ионов и способности к осморегуляции многие пресноводные организмы, в том числе рыбы, приспособились к жизни в солоноватой и даже в морской воде.
Наземные организмы имеют в той или иной мере специализированные структурно-функциональные образования, обеспечивающие водной-солевой обмен. Известны многочисленные варианты приспособлений к солевому составу среды и его изменениям у обитателей суши. Эти приспособления становятся решающими в тех случаях, когда вода является лимитирующим фактором жизни. Например амфибии , обитают во влажных наземных биотопах благодаря особенностям водно-солевого обмена, которые сходны с обменом у пресноводных животных. По-видимому, такой тип приспособления сохранился в ходе эволюции при переходе из водной среды обитания в наземную.
Для растений аридных (засушливых) зон большое значение в ксерофитных условиях имеет повышенное содержание солей в почве.
Солеустойчивость различных видов растений существенно отличается. На засоленных почвах обитают галофиты – растения, которые переносят большие концентрации солей.
Они накапливают в тканях до 10 % солей, что ведет к повышению осмотического давления и способствует более эффективному насасыванию влаги из засоленных почв.
Некоторые растения выводят избыток солей через специальные образования на поверхности листа, другие обладают способностью связывать соли с органическими веществами.
Реакция среды рН
Распространение и численность организмов существенно зависит от реакции почвы или водной среды.
Загрязнение атмосферного воздуха вследствие сжигания ископаемого топлива (чаще всего диоксидом серы) приводит к отложению сухих ацидогенных частиц и выпадению дождя, состоящего, по сути, из слабой сернистой кислоты. Выпадение таких «кислых дождей» вызывает закисле-ние различных объектов окружающей среды. Сейчас проблема «кислых дождей» стала приобретать глобальный характер.
Влияние закисления сводится к следующему :
Снижение рН ниже 3, также как повышение выше 9, приводит к повреждению протоплазмыкорней большинства сосудистых растений.
Изменение рН в почве вызывает ухудшение условий питания: снижается доступность биогенных элементов для растений.
Снижение рН до 4,0 – 4,5 в почве или донных осадках в водных экосистемах вызывает разложение глинистых пород (алюмосиликатов), вследствие чего среда становится токсичной из-за поступления в воду ионов алюминия (Al).
Железо и марганец, необходимые для нормального роста и развития растений, при низких рН становятся токсичными вследствие перехода в ионную форму.
Пределы устойчивости к закислению почвы у разных растений различны, но только немногие растения могут расти и размножаться при рН ниже 4,5.
При высоких значениях рН, т. е. при подщелачивании, также создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности растений. В щелочных почвах железо, марганец, фосфаты присутствуют в виде малорастворимых соединений и плохо доступны для растений.
Резко отрицательное воздействие оказывает на биоту закисление водных экосистем.Повышенная кислотность действует негативно в трех направлениях:
нарушения осморегуляции, активности ферментов (они имеют оптимумы рН), газообмена;
токсического воздействия ионов металлов;
нарушений в пищевых цепях, изменения пищевого рациона и доступности пищи.
В пресноводных экосистемах определяющую роль в реакции среды играет кальций, который наряду с диоксидом углерода определяет состояние карбонатной системы водных объектов.
Присутствие ионов кальция имеет значение и для поведения остальных компонентов, например железа.
Поступление кальция в воду связано с неорганическим углеродом карбонатных пород, из которых происходит его выщелачивание.
Газовый состав среды обитания
Для многих видов организмов, как бактерий, так и высших животных и растений, концентрация кислорода и двуокиси углерода, которые составляют в атмосферном воздухе 21 % и 0,03 % по объему соответственно, являются лимитирующими факторами.
При этом в наземных экосистемах состав внутренней воздушной среды – атмосферного воздуха – относительно постоянен.
В водных экосистемахколичество и состав газов, растворенных в воде, сильно варьирует.
КИСЛОРОД
В водных объектах – озерах и водохранилищах, богатых органическим веществом – кислород становится фактором, лимитирующим процессы окисления, и тем самым приобретает первостепенную важность.
В воде содержится значительно меньше кислорода, чем в атмосферном воздухе, а вариации его содержания там связаны со значительными колебаниями температуры и растворенных солей.
Растворимость кислорода в воде повышается с понижением температуры и снижается с повышением солености.
Общее количество кислорода в воде обеспечивается поступлением из двух источников:
из атмосферного воздуха (путем диффузии)
из растений (как продукт фотосинтеза).
Физический процесс диффузии из воздуха протекает медленно и зависит от ветра и движения воды.
Поступление кислорода при фотосинтезе определяется интенсивностью процесса диффузии, который зависит, прежде всего, от освещенности и температуры воды.
Вследствие этих причин количество кислорода, растворенного в воде, сильно изменяется в течение суток, в разные сезоны, а также отличается в различных физико-географических и климатических условиях.
УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ
Диоксид углерода в водных экосистемах не имеет такого большого значения, как кислород.
Растворимость его в воде высокая.
Он образуется в результате дыхания живых организмов, разложения отмерших остатков животных и растений.
Углекислота, образующаяся в воде, вступает в реакцию с известняками, образуя карбонаты и бикарбонаты.
Карбонатная система океанов служит основным резервуаром углекислого газа в биосфере и буфером, поддерживающим концентрацию водородных ионов на уровне, близком к нейтральному.
В целом для всех живых существ кислород и углекислый газ, несомненно, являются лимитирующими факторами существования. Диапазоны величин этих факторов, сложившиеся в ходе эволюции, довольно узки.
Концентрации кислорода, необходимые для дыхания, достаточно постоянны и закрепились в ходе эволюции.
Гомеостаз обеспечивается постоянством параметров внутренней среды организмов; содержание кислорода и углекислого газа в различных тканях и органах поддерживается на относительно постоянном уровне.
Карбонатная система жидкостей организма служит хорошим буфером, обеспечивающим гомеостаз.
течение, ветер
Водные течения :
Глобальные (морские) и локальные.
Глобальные:
Учавствуют в распространении организмов.
Определяют климатические условия многих регионов планеты (гольфстрим)
Локальные:
Влияют на газовый состав среды (воды) (увеличивается концентрация кислорода).
Увеличение течения в водоемах создает увеличение продуктивности сообщества. Стоячая вода создает стрессовые условия, а проточная создает дополнительный источник энергии, повышающий продуктивность.
Способствуют возникновению комплекса морфологических адаптаций, противостоящих течению (?).
Воздушные течения (ветра):
Ветер является лимитирующим фактором, ограничивающим распространение многих животных (насекомые).
Играет важную роль в миграции насекомых. Восходящие токи воздуха подхватывают мелких насекомых на 1-2 км, а затем ветер переносит их на огромные расстояния.
Чем сильнее ветер, тем больше направление миграции совпадает с направлением ветра (бражники, тля и цветочные мухи на Шпицбергене).
Ветер влияет на распределение насекомых по биотопу (поляны, опушки, за кустами, за деревьями ветер слабее).
Определяет возможность полета и активности большинства летающих животных (насекомые, птицы). Активность нападения кровососущих двукрылых.
Влияет на распространение веществ используемых животными в качестве стимуляторов полового поведения (особенно феромоны у насекомых). Запах самки и т.д.
Лимитирует рост растений (в условиях тундры или альпийских лугов растения карликовые). Но влияет и температура.
Определяет особенности миграционного и трофического поведения птиц (парящий полет, миграции мелких птиц).
Сила тяжести
Гравитация влияет на формообразование и физиологию крупных животных (биомеханика). Один из определяющих факторов существования жизни на земле.
Сила тяжести может служить сигнальным фактором у насекомых, в качестве указателя к направлению в открытое пространство. (отрицательный геотропизм ). Стремление вверх по стеблю (против градиента силы тяжести – это стремление к свету, теплу, свободе (особенно для летающих). Эксперименты с голодной саранчой в садках где еда на дне (опустились за едой только через несколько часов).
Положительный геотропизм наблюдается у почвенных животных (Опыты Гилярова с насекомыми в сухой и влажной почвой в садках. Хоть почва и сухая все равно ползли вниз, а там погибали).
Геотропизм может меняться по сезонам в зависимости от условий обитания и зимовки (подкорковые клопы то вниз, то вверх).
ЭЛЕКТОРМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЗЕМЛИ
1. Многие жужелицы используют магнитное поле землидля ориентации и перемещения в ночное время.
2. Многие ориентируются и передвигаются под углом или параллельно геомагнитным линиям, используя их в ориентации (пчелы, мучные хрущаки, майские жуки.
3. В обычных условиях зрительные и другие ориентиры, а при их отсутствиях включаются магнитные механизмы ориентации.
5. Концепция лимитирующих факторов. "Закон Ю. Либиха". Закон толерантности. Зависимость общего обмена и его интенсивности от массы тела. Правило Аллена, Бергмана, Глогера. Классификация ресурсов. Экологическая ниша. Свойства ниши.
В Мировом океане, к примеру, развитие жизни лимитируется главным образом недостатком азота и фосфора. Поэтому любой подъем на поверхность донных вод, обогащенных этими минеральными элементами, оказывает благотворное влияние на развитие жизни. Особенно ярко это проявляется в тропических и субтропических районах.
закон минимума Ю. Либиха
Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействия не одного, а многих экологических факторов. Причем любой фактор требуется организму в определенных колическах/дозах. Либих установил, что развитие растения или его состояние зависит не от тех химических эл-в, которые присутствуют в почве в достаточных кол-вах, а от тех, которых не хватает. Если
любого, хотя бы одного из элементов питания в почве меньше, чем требуется данным растениям, то оно будет развиваться ненормально, замедленно, или иметь патологические отклонения.
закон минимума Ю.ЛИБИХА - концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму.
Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме.
Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха.
Формулировка
«Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору».
Любой фактор, находящийся в избытке или недостатке, ограничивает рост и развитие организмов и популяций.
Закон толернатности был дополнен в 1975г Ю.Одумом.
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.
Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены
Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды для злаков)
Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.
Период размножения является критическим для всех организмов, поэтому именно в этот период увеличивается число лимитирующих факторов.
Зависимость общего обмена и его интенсивности от массы тела
Правило Аллена - в экологии - закон, согласно которому выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, поэтому они отдают в окружающую среду меньше тепла. Отчасти правило Аллена справедливо и для побегов высших растений.
Правило Бергмана - в экологии - закон, согласно которому у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида.
Правило Глогера - в экологии - закон, согласно которому географические расы животных в теплых и влажных регионах пигментированы сильнее, чем в холодных и сухих регионах. Правило Глогера имеет большое значение в систематике животных.
Ресурсы –количественно выраженные составляющие его жизнедеятельности. Все то что организм потребляет. Ресурсы могут быть органической и неорганической природы (живые и не живые). Доступные и недоступные. Нора, дупло, самка –это все тоже ресурсы. При этом наличный запас всего того что используется организмом и что его окружает постоянно меняется в количественном и качественном отношении. Все это и будет ресурсом.
Ресурсы – вещества из которых состоят тела, энергия, используемая в процессах, места где протекают их стадии жизни. Есть ресурсы пищевые, есть энергетические, пространственные.
Классификация ресурсов (по Тилману -Tilman, 1982):
1.Незаменимые ресурсы
Ни один не в состоянии заменить другой. Скорость роста, которой можно достигнуть при снабжении ресурсом 1 жестко ограничена количеством ресурса 2. Олигофаги.
(-1, +1, 0 – скорость роста биомассы)
2.Взаимозаменяемые ресурсы. Любой из них можно полностью заменить другим. Полифаги. При любой скорости роста количество любого ресурса всегда необходимо. При снижении одного необходимо большее другого и наоборот.
3.Взаимодополняющие (комплементарные) При совместном потреблении организмом данных ресурсов их требуется мньше, чем при раздельном потреблении (для достижения одной и той же скорости роста).
4.Антагонистические. При совместном потреблении скорость роста меньше чем при раздельном потреблении ресурсов. Ядовитые растения в пищу травоядным.
5.Ингибирующие. Это незаменимые ресурсы, но при больших концентрациях являются антагонистами
Введение
1. Среды обитания и экологические факторы
1.1 Воздушная среда
1.2 Водная среда
2. Адаптация
2.1 Адаптация растений к загрязнению атмосферы
2.2 Адаптация растений к засолениям почвы
2.2.1 Растения и тяжелые металлы
2.3 Адаптация растений к биотическим факторам
2.4 Адаптация растений к абиотическим факторам
2.4.1 Влияние температуры
2.4.2 Влияние света на растения
3. Исследовательская часть
Заключение
Использованные информационные ресурсы при выполнении учебно-исследовательской работы
10.Sbio. info Первое био сообщество: информационный портал: [Электрон. ресурс] // Биотические факторы среды и обусловленные ими типы взаимоотношений организмов [сайт] Режим доступа: www.sbio. info/page. php? id=159 (02.04.10)
Приложение
Фото № 1. Листок осины из парка.
Фото №2. Листок, находящийся рядом с проезжей частью.
Фото №3. Пыль на липкой ленте с листа из парка.
Фото №4. Пыль на липкой ленте с листа, находящегося рядом с проезжей частью.
Фото №5. Лишайник на стволе дерева в лесопарке.