Биотические и абиотические факторы

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ













РЕФЕРАТ

















Выполнила: ст-ка гр. БС-12

Манджиева А.Л.

Проверил: доц., к.т.н. Неваленный

















Астрахань 2009


СОДЕРЖАНИЕ



Введение

I. Абиотические факторы

II. Биотические факторы




Введение



Среда — это совокупность элементов, которые способны оказывать прямое или косвенное воздействие на организмы. Элементы окружающей среды, оказывающие влияние на живые организмы» называются экологическими факторами. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

К числу абиотических факторов относятся элементы неживой природы: свет, температура, влажность, осадки, ветер, атмосферное давление, радиационный фон, химический состав атмосферы, воды, почвы и т. п. Биотическими факторами являются живые организмы (бактерии, грибы, растения, животные), вступающие во взаимодействие с данным организмом. К антропогенным факторам относятся особенности среды, обусловленные трудовой деятельностью человека. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных факторов постоянно возрастает.

Следует учитывать, что на отдельные организмы и их популяции одновременно воздействуют многие факторы, создающие определенный комплекс условий, в котором могут обитать те или иные организмы. Одни факторы могут усиливать или ослаблять действие других факторов. Например, при оптимальной температуре повышается выносливость организмов к недостатку влаги и пищи; в свою очередь обилие пищи увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным климатическим условиям.



Рис. 1. Схема действия экологического фактора



Степень влияния факторов окружающей природы зависит от силы их действия (рис. 1). При оптимальной силе воздействия данный вид нормально живет, размножается и развивается (экологический оптимум, создающий наилучшие условия жизни). При значительных отклонениях от оптимума, как в сторону повышения, так и в сторону понижения жизнедеятельность организмов угнетается. Максимальное и минимальное значения фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность, называются пределами выносливости (границами терпимости).

Оптимальное значение фактора, как и пределы выносливости, неодинаково для разных видов и даже для отдельных особей одного и того же вида. Одни виды могут переносить значительные отклонения от оптимального значения фактора, т.е. обладают широким диапазоном выносливости, другие — узким. Например, сосна растет и на песках, и на болотах, где стоит вода, а кувшинка сразу гибнет без воды. Приспособительные реакции организма на влияние среды вырабатываются в процессе естественного отбора и обеспечивают выживание видов.

Значение факторов внешней среды неравноценно. Например, зеленые растения не могут существовать без света, диоксида углерода и минеральных солей. Животные не могут обходиться без пищи и кислорода. Жизненно важные факторы называются лимитирующими (при отсутствии их жизнь невозможна). Ограничивающее действие лимитирующего фактора проявляется и при оптимуме остальных факторов. Другие факторы могут оказывать менее выраженное влияние на живые существа, например содержание азота в атмосфере для растительных и животных организмов.

Сочетание условий среды, обеспечивающих усиленный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида), называют биологическим оптимумом. Создание условий биологического оптимума при выращивании сельскохозяйственных культур и животных позволяет значительно повысить их продуктивность.


I. Абиотические факторы



К числу абиотических факторов относят климатические условия, которые в различных частях земного шара тесно связаны с деятельностью Солнца.

Солнечный свет является основным источником энергии, которая используется для всех жизненных процессов на Земле. Благодаря энергии солнечных лучей в зеленых растениях происходит фотосинтез, в результате которого обеспечивается питание всех гетеротрофных организмов.

Солнечное излучение неоднородно по своему составу. В нем различают инфракрасные (длина волны более 0,75 мкм), видимые (0,40,— 0,75 мкм) и ультрафиолетовые (менее 0,40 мкм) лучи. Инфракрасные лучи составляют около 45 % лучистой энергии, достигающей Земли, и являются главным источником тепла, поддерживающего температуру окружающей среды. Видимые лучи составляют около 50 % лучистой энергии, которая особенно необходима растениям для процесса фотосинтеза, а также для обеспечения видимости и ориентации в пространстве всех живых существ. Хлорофилл поглощает преимущественно оранжево-красные (0,6—0,7 мкм) и сине-фиолетовые (0,5 мкм) лучи. Растения используют на фотосинтез менее 1 % солнечной энергии; остальная ее часть рассеивается в виде тепла или отражается.

Большая часть ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 0,29 мкм задерживается своеобразным «экраном» — озоновым слоем атмосферы, который образуется под воздействием этих же лучей. Это излучение является губительным для живого. Ультрафиолетовые лучи с большей длиной волны (0,3—0,4 мкм) достигают поверхности Земли и в умеренных дозах оказывают благоприятное воздействие на животных — стимулируют синтез витамина В, пигментов кожи (загар) и др.

Большинство животных способны воспринимать световые раздражения. Уже у простейших начинают появляться светочувствительные органоиды («глазок» у эвглены зеленой), с помощью которых они способны реагировать на световое воздействие (фототаксисы). Почти все многоклеточные имеют разнообразные светочувствительные органы.

По требовательности к интенсивности освещения различают светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые растения.

Светолюбивые растения могут нормально развиваться только при интенсивном освещении. Они широко распространены в сухих степях и полупустынях, где растительный покров редкий и растения не затеняют друг друга (тюльпан, гусиный лук). К светолюбивым растениям относятся и хлебные злаки, растения безлесных склонов (чабрец, шалфей) и др.

Теневыносливые растения лучше растут при прямом освещении солнечными лучами, однако способны выносить и затенение. Это в основном лесообразующие породы (береза, осина, сосна, дуб, ель) и травянистые растения (зверобой, земляника) и др.

Тенелюбивые растения не выносят прямого солнечного излучения и нормально развиваются в условиях затенения. К таким растениям относятся лесные травы — кислица, мхи и др. При вырубке леса некоторые из них могут погибать.

Ритмические изменения активности светового потока, связанные с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, заметно отражаются на живой природе. Продолжительность светового дня неодинакова в различных частях земного шара. На экваторе она постоянна на протяжении всего года и равна 12 ч. По мере передвижения от экватора к полюсам длительность светового дня изменяется. В начале лета световой день достигает максимальной длины, затем постепенно уменьшается, в конце декабря становится самым коротким и снова начинает увеличиваться.

Реакция организмов на продолжительность светового дня, выражающаяся в изменении интенсивности физиологические процессов, называется фотопериодизмом. С фотопериодизмом связаны основные приспособительные реакции и сезонные изменения у всех живых организмов. Совпадение периодов жизненного цикла с соответствующим временем года (сезонный ритм) имеет огромное значение для существования видов. Роль пускового механизма сезонных изменений (от весейнего пробуждения до зимнего покоя) играет длина светового дня, как наиболее постоянное изменение, предвещающее смену температур и других экологических условий. Так, увеличение длины светового дня стимулирует деятельность половых желез у многих животных и определяет начало брачного периода. Укорочение светового дня ведет к затуханию функции половых желез, накоплению жира, развитию пышного меха у животных, перелетам птиц. Аналогично у растений с удлинением светового дня связано образование гормонов, влияющих на цветение, оплодотворение, плодоношение, образование клубней и т. д. Осенью эти процессы затухают.

В зависимости от реакции на длину светового дня растения делят на длиннодневные, цветение которых наступает при продолжительности светлого периода суток 12 и более часов (рожь, овес, ячмень, картофель и др.), короткодневные, у которых цветение наступает, когда день становится коротким (менее 12 ч) (это растения преимущественно тропического происхождения — кукуруза, соя, ифосо, георгины и др.) и нейтральные, цветение которых не зависит от длины светового дня (горох, гречиха и др.).

На основе фотопериодизма у растений и животных в процессе эволюции выработались специфические изменения интенсивности физиологических процессов, периодов роста и размножения, повторяющиеся с годичной периодичностью, которые называются сезонными ритмами. Изучив закономерности суточных ритмов, связанных со сменой дня и ночи, и сезонных ритмов, человек использует эти знания для круглогодичного выращивания в искусственных условиях овощей, цветов, птиц, повышения яйценоскости кур и т. п.

Суточная ритмичность у растений проявляется в периодическом открытии и закрытии цветков (хлопчатник, лен, душистый табак), усилении или ослаблении физиологических и биохимических процессов фотосинтеза, скорости деления клеток и др. Суточные ритмы, проявляющиеся в периодическом чередовании активности и отдыха, характерны для животных и человека. Всех животных можно подразделить на дневных и ночных. Большинство из них проявляют наибольшую активность днем и лишь немногие (летучие мыши, совы, крыланы и др.) приспособились к жизни только в ночных условиях. Ряд животных постоянно обитают в полной темноте (аскарида, крот и др.).

У человека обнаружены суточные колебания свыше трехсот показателей. Так, температура тела выше в дневные часы, достигает максимального значения к 18 часам, а ночью снижается. Самый низкий уровень температуры наблюдается между 1 часом ночи и 5 часами утра. Артериальное давление днем выше, а ночью ниже. В дневное время свертываемость крови выше, в периферической крови увеличено содержание кровяных пластинок, эритроцитов, лейкоцитов, адреналина и др. У большинства людей наивысшая биоэлектрическая активность мозга наблюдается утром (с 8 до 12 часов) и вечером (между 17 и 19 часами). Людей, способных к наиболее активной работе утром, называют «жаворонками». Однако встречаются лица, наиболее высокая работоспособность которых приходится на вечерние и даже ночные часы (их называют «совами»). Большинство людей может работать производительнее в дневное время суток, поэтому в ночные смены снижаются производительность труда и внимание, что приводит к повышению травматизма.

К нарушению привычных суточных ритмов приводит и преодоление на воздушном транспорте больших расстояний. При этом происходит перемещение пассажиров на несколько часовых поясов. Для сохранения высокой работоспособности в таких условиях необходимо заблаговременно вырабатывать новый суточный биоритм.

Важным абиотическим фактором среды является температура, от которой в значительной степени зависит существование, развитие и распространение живых существ. Колебания температуры на земном шаре достигают широких пределов: от + 50—60 °С в пустынях до —70—80 °С в Антарктиде, однако жизнь существует и в таких экстремальных условиях (водоросли в горячих источниках, пингвины в Антарктиде). Многие низшие организмы способны выдерживать очень низкие температуры благодаря высокой концентрации в цитоплазме их клеток солей, глицерина, сахара и сниженного количества воды. У большинства же организмов процессы жизнедеятельности протекают при температурах от —4°С до + 40... + 45 °С.

Всех животных подразделяют на холоднокровных (пойкилотермных) и теплокровных (гомойотермных). У холоднокровных (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и беспозвоночные) температура тела непостоянна и зависит от температуры окружающей среды. У некоторых холоднокровных (например, у насекомых) при интенсивном сокращении мышц во время полета температура тела может повышаться на 10 и более градусов. Теплокровные животные (птицы и млекопитающие) и человек способны поддерживать постоянную температуру тела благодаря интенсивному обмену веществ, появлению теплоизолирующих покровов (перья, мех, подкожная жировая клетчатка, одежда) и выработке в процессе эволюции особых механизмов ее регуляции (потовые железы, нервные механизмы регуляции). Важную роль в интенсификации обменных процессов у гомойотермных организмов сыграли такие ароморфозы, как четырехкамерное сердце и совершенные органы дыхания. Надо помнить, что эта способность носит ограниченный характер, так как при значительных колебаниях температуры внешней среды возможен перегрев или переохлаждение организма, что чревато серьезными последствиями. Одним из приспособлений животных к колебаниям температуры является миграция — переселение в более благоприятные условия (перелеты птиц, миграции рыб, насекомых и др.

Многие виды холоднокровных животных приобрели способность переживать неблагоприятные условия (высокую или низкую температуру, отсутствие воды, пищи и др.) в состоянии оцепенения. Это состояние характеризуется неподвижностью животного, прекращением питания, резким снижением всех физиологических функций. Некоторые насекомые, рыбы и земноводные впадают в оцепенение при температурах ниже +10 °С, другие — только при температуре, близкой к нулю. Вмерзшие в лед лягушки после оттаивания возвращаются к активной жизнедеятельности. Даже ряд млекопитающих (ежи, барсуки) впадают в зимнюю спячку. Пониженный уровень обмена веществ поддерживается у них за счет запасов энергии (жира), накопленных ранее. Пустынные грызуны, черепахи и др. впадают в спячку на несколько летних месяцев, что обусловлено преимущественно нехваткой воды.

Наиболее глубокое оцепенение наблюдается при анабиозе. Анабиоз — такое состояние живых организмов, при котором все жизненные процессы почти прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют. В состоянии анабиоза повышается устойчивость организмов ко многим неблагоприятным факторам: недостатку кислорода и влаги, действию ядовитых веществ и ионизирующих излучений и др. Чаще всего анабиоз вызывают изменения температуры и влажности среды. Так, при пересыхании луж впадают в анабиоз многие бактерии, простейшие и низшие ракообразные. Многие паразитические бактерии и простейшие при этом покрываются плотными оболочками и образуют споры (бактерии) или цисты (простейшие). В таком состоянии они могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет.

Важным лимитирующим абиотическим фактором внешней среды является влажность, так как без воды не может существовать ни один организм» Вода является в первую очередь универсальным растворителем, а все обменные процессы в клетках протекают в растворах; вода непосредственно участвует в биохимических реакциях. Ее содержание в клетках достигает 70—90 %.

Источником воды для растений и животных служат атмосферные осадки, водоемы, подземные воды, роса и туман. Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяного пара. Наибольшая влажность отмечается на побережьях морей и океанов (до 100%), а наименьшая—в пустынях (2—4%).

Недостаток влаги служит ограничивающим фактором, определяющим границы жизни и ее зональное распределение. При недостатке воды у животных и растений вырабатываются приспособления для ее добывания и сохранения. Растения засушливых мест обычно имеют глубокие корни (у верблюжьей колючки до 16 м длиной) и мелкие листья, покрытые толстой кутикулой, содержащие относительно мало устьиц (иногда они видоизменены в колючки). У полупустынных растений (кактусы, молочаи) имеются сочные мясистые стебли с сильно развитой водозапасающей тканью. Одним из приспособлений для снижения потерь воды является листопад.

У животных также выработался ряд приспособлений к недостатку влаги. Мелкие животные (грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) довольствуются водой, поступающей вместе с пищей. Резервуаром воды для ряда животных засушливых районов служат отложения жира (горб у верблюда, курдюк у овец, жировое тело у насекомых), при окислении которого образуется необходимое количество воды. Ряд животных пустынных районов обладают способностью к длительному быстрому бегу (антилопы, куланы, сайгаки), позволяющему им совершать дальние миграции на водопой. Некоторые виды (преимущественно грызуны) перешли к ночному образу жизни, тем самым избегая перегрева и большого, испарения воды.

Соленость среды обитания является важным экологическим фактором и зависит от концентрации растворимых солей. Минеральные соли почвы служат источником питания растений, однако их избыток, наблюдающийся на засоленных почвах, действует на растения губительно (солончаки). В природе преобладают животные, приспособленные к обитанию только в пресной воде (карповые рыбы) или только в соленой (сельдеобразные рыбы). Однако отдельные виды животных в разные периоды развития нуждаются в разных условиях солености (взрослые угри обитают в пресных водоемах, а их личинки — в морях, лососевые рыбы — наоборот).

К важным абиотическим факторам внешней среды следует отнести барометрическое давление и состав атмосферного воздуха.

Большинство живых существ на нашей планете приспособлено к существованию при барометрическом давлении 720—740 мм рт. ст. (на уровне Мирового океана). При подъеме на высоту давление воздуха падает, что, неблагоприятно сказывается на снабжении организмов кислородом.

Главной составной частью воздуха является кислород (21 %), который необходим для нормального протекания окислительных процессов в клетках большинства живых существ (аэробов). Некоторые организмы (в основном бактерии) могут существовать в бескислородной среде (анаэробы). Даже один и тот же организм на разных этапах своего развития может менять отношение к кислороду. Так, яйца аскариды для своего развития нуждаются в кислороде, а взрослые паразиты приспособились к существованию в бескислородной среде (кишечнике человека). Содержание диоксида углерода составляет всего 0,03— 0,04 %, но он имеет существенное значение для жизни на Земле, так как непосредственно используется в процессе фотосинтеза. Больше всего в атмосфере содержится азота (70,09 %), однако он не имеет особого биологического значения, так как непосредственно не усваивается растениями. В атмосфере содержится также небольшое количество инертных газов, газообразных и пылевидных примесей, микроорганизмов.



II. Биотические факторы



Под биотическими факторами среды понимают компоненты живой природы, прямо или косвенно действующие на организм. Данный организм также воздействует на другие живые существа и на абиотические факторы. Все виды взаимоотношений между организмами можно подразделить на конкуренцию, хищничество, антибиоз и симбиоз.

Конкурентные взаимоотношения возникают между организмами в том случае, если для их существования необходимы одинаковые или сходные условия. Например, саранча, грызуны и травоядные парнокопытные вступают между собой в конкурентные отношения из-за пищи. Растения конкурируют друг с другом за свет, влагу, защиту от поедания животными и т.п. В конкурентные отношения могут вступать особи как одного, так и разных видов (сосны — за свет, разные виды хищников — за жертву).

При хищничестве наблюдается прямое уничтожение жертвы и, как правило, использование ее в качестве пищи. Хищники есть среди животных всех классов хордовых (акулы, крокодилы, орлы, волки) и среди других типов, например гидра, планария, морские звезды, божьи коровки и др. Есть хищники и среди растений (росянка). Разновидностью хищничества является каннибализм (внутривидовое хищничество) — поедание одними особями других своего же вида. Например, самка паука каракурта поедает самца после спаривания.

Под антибиозом понимают такие взаимоотношения между организмами разных видов, когда особи одного вида, чаще путем выделения особых веществ, оказывают угнетающее воздействие на особей других видов. Эти вещества имеют разную химическую природу, но общее название — антибиотики. Антибиотики, продуцируемые грибами, бактериями и другими организмами (пенициллин, стрептомицин, биомицин и др.), нашли широкое применение для лечения разнообразных инфекционных болезней. Некоторые высшие растения также продуцируют антибиотики, которые получили название фитонциды. Фитонциды чаще всего представляют собой летучие вещества (иногда малолетучие), угнетающие жизнедеятельность бактерий, грибов, простейших и др. Они играют большую роль в биологической очистке воздуха. Поэтому в сосновых лесах строят санатории для больных туберкулезом и другими легочными заболеваниями. Широкое применение в медицине находят фитонциды чеснока и лука.

Симбиозом является любое сожительство организмов разных видов, приносящее пользу хотя бы одному из них. Выделяют следующие формы симбиоза: мутуализм, синойкию, комменсализм и паразитизм.

Мутуализм (взаимовыгодный симбиоз) — это совместное сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу. Например, лишайники являются симбиотическими организмами, тело которых построено из водорослей и грибов. Нити гриба снабжают клетки водоросли водой и минеральными веществами, а клетки водорослей осуществляют фотосинтез и, следовательно, снабжают гифы грибов органическими веществами.

Синойкия (квартирантство) — сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида только как жилище, не принося своему «живому дому» ни пользы, ни вреда. Например, пресноводная рыбка горчак откладывает икринки в мантийную полость двухстворчатых моллюсков. Развивающиеся икринки надежно защищены раковиной моллюска, но они безразличны для хозяина и не питаются за его счет.

Комменсализм (нахлебничество) — совместное сожительство организмов разных видов, при котором один организм использует другой как жилище и источник питания, но не причиняет вреда партнеру. Например, некоторые морские полипы, поселяясь на крупных рыбах, в качестве пищи используют их испражнения. В желудочно-кишечном тракте чело века находится большое количество бактерий и простейших, питающихся остатками пищи и не причиняющих вреда хозяину.

Паразитизм — это форма антагонистического сожительства организмов, относящихся к разным видам, при котором один организм (паразит), поселяясь на теле или в теле другого организма (хозяина), питается за его счет и причиняет вред. Болезнетворное действие паразитов слагается из механического повреждения тканей хозяина, отравления его продуктами обмена, питания за его счет. Паразитами являются все вирусы, многие бактерии, грибы, простейшие, некоторые черви и членистоногие. В отличие от хищника паразит использует свою жертву длительно и далеко не всегда приводит ее к смерти. Нередко вместе со смертью хозяина погибает и паразит. Связь паразита с внешней средой осуществляется опосредованно через организм хозяина.

Различают временных и постоянных паразитов. Временные паразиты нападают на хозяина в основном для питания (комары, клещи). Постоянные паразиты весь цикл развития или большую его часть проводят на теле или в теле хозяина (аскарида, печеночный сосальщик, вши и др.). По месту обитания паразиты подразделяются на наружных, обитающих на теле хозяина (вши, блохи, клещи), и внутренних, обитающих в теле хозяина (аскарида, малярийный плазмодий, бычий цепень).

Паразитический образ жизни оказывает существенное влияние на морфологию и физиологию паразитов. Так, у многих из них развиваются специальные органы прикрепления и питания (присоски, крючья, колющесосущий ротовой аппарат), высокой степени развития достигает половая система, что способствует интенсивности размножения (аскарида за сутки откладывает до 240 тыс. яиц). Благодаря нахождению в организме хозяина и питанию за его счет у многих паразитов слабо развиты нервная система и органы чувств (плоские и круглые черви), а у ленточных червей даже отсутствует пищеварительная система (они всасывают готовые переваренные вещества всей поверхностью тела из тонкого кишечника хозяина).

Антагонистические взаимоотношения паразитов и хищников со своими жертвами поддерживают численность популяций одних и других на определенном относительно постоянном уровне, что имеет большое значение в выживании видов.

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека. Человек, в отличие от животных, не пассивно приспосабливается к окружающей среде, а изменяет ее в соответствии со своими потребностями. Влияние человека на природу особенно возросло в последние десятилетия в связи с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства и может быть как положительным, так и отрицательным. Положительное воздействие человека проявляется в посадке лесов, парков, садов, создании и разведении высокопродуктивных новых сортов растений и пород животных, создании и охране заповедников, заказников и т. п. Однако отрицательное влияние людей на природу остается все еще достаточно интенсивным: вырубаются лесные массивы, высушиваются вековые болота, мелеют реки, происходит эрозия почв, загрязнение воды, почвы и воздуха отходами, нефтепродуктами, синтетическими веществами, радиоактивными изотопами (авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г.) и др. Назрела необходимость безотлагательной разработки и внедрения в практику глобальной концепции природопользования. В противном случае человечество окажется перед лицом необратимой экологической катастрофы.