Geum.ru

Что такое организм? Особенности организма. Системы организмов

Вид материалаДокументы

Содержание


Среда обитания и экологические факторы. Адаптация организма
Биогенные вещества и ресурсы живых организмов как экологические факторы
Лимитирующие факторы. Физические и химические факторы
Подобный материал:
Что такое организм? Особенности организма. Системы организмов

Организм является начальной, основной единицей обмена веществ.

Свойства, отличающие организм от неживой природы:
  • клеточная структура;
  • обмен веществ по ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обеспечивающий гомеостаз организма – самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды;
  • движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность;
  • приспособляемость к условиям существования – адаптация.

Живые организмы обладают обменом веществ, или метаболизмом. Пример: дыхание или фотосинтез.

Некоторые организмы, бактерии, способны создавать органические соединения и за счет других компонентов, например, за счет соединений серы. Такие процессы называются хемосинтезом.

Обмен веществ в организме происходит только при участии особых макромолекулярных белковых веществ – ферментов, выполняющих роль катализаторов. Каждая биохимическая реакция в процессе жизни организма контролируется единичным геном. Изменение гена, называемое мутацией, приводит к изменению биохимической реакции.

Ферментам помогают коферменты – крупные молекулы, частью которых являются витамины.

Витамины – особые вещества, которые необходимы для обмена веществ всех организмов.

Для метаболических процессов также необходимы гормоны – особые химические вещества, которые вырабатываются в различных местах организма и доставляются в другие места кровью.

Метаболические процессы протекают с различной интенсивностью на протяжении всей жизни организма, всего пути его индивидуального развития. Этот его путь от зарождения и до конца жизни называется онтогенезом. Онтогенез представляет собой совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом за весь период жизни.

Онтогенез включает рост организма, то есть увеличение массы и размеров тела, и дифференциацию, то есть возникновение различий между однородными клетками и тканями, приводящее их к специализации по выполнению различных функций в организме.

Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий развития. Для организмов, размножающихся половым путем, различают зародышевую (эмбриональную), послезародышевую (постэмбриональную) и период развития взрослого организма.

Важное экологическое значение для животных имеет первоначальный этап послезародышевого развития, протекающий по типу прямого развития или по типу метаморфоза, проходя личиночную стадию. В первом случае идет постепенное развитие во взрослую форму (цыпленок - курица), во втором – развитие происходит в начале в виде личинки, которая существует и питается самостоятельно, прежде чем превратиться во взрослую особь (головастик - лягушка).

В онтогенезе растений различают рост, развитие (формируется взрослый организм) и старение (ослабление биосинтеза всех физиологических функций и смерть).

Современный онтогенез организмов сложился в течение длительной эволюции, в результате их исторического развития – филогенеза.

Взаимосвязь между развитием живого в историко-эволюционном плане и индивидуальном развитии организма сформулирована Геккелем в виде биогенетического закона: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида.


Среда обитания и экологические факторы. Адаптация организма

Под средой обитания понимаются природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях.

Отдельные элементы или условия среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями, называются экологическими факторами. Экологические факторы обычно подразделяют на две группы: абиотические факторы – факторы неживой природы и биотические факторы – факторы живой природы.

Факторы человеческой деятельности или антропогенные факторы существенно отличающиеся по характеру своего воздействия на живые организмы от абиотических и биотических факторов, обычно рассматриваются отдельно.

К абиотическим факторам относятся факторы климатические ( свет, температура, влажность,  атмосферное давление, движение воздуха), эдафические или почвенные факторы ( механический состав почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические факторы (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона), химические факторы (газовый состав воздуха, солевой состав и кислотность воды и почвенных растворов). Абиотические факторы воздействуют на живые организмы (прямо или косвенно) через те или иные стороны обмена веществ. Их особенностью является односторонность воздействия: организм может к ним приспособиться, но не оказывает на них существенного влияния. Существует два типа приспособления к внешним факторам. Первый заключается в возникновении определенной степени устойчивости к данному фактору, способности сохранять функции при изменении силы его воздействия. Это пассивный тип адаптации. Второй тип приспособления – активный. В этом случае организм компенсирует изменения, вызываемые воздействующим фактором, таким образом, что его внутренняя среда остается относительно постоянной. Например, одни организмы (холоднокровные) отличаются неустойчивостью температуры тела, меняющейся в широких пределах в зависимости от температуры окружающей среды (пассивный тип адаптации), другие (теплокровные) приспосабливаются к меняющимся условиям среды путем поддержания постоянства температуры внутренней среды организма.

Биотическими факторами среды называют совокупность влияний, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов. Эти влияния носят самый разнообразный характер. Действие биотических факторов может быть как непосредственым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей неживой природы (например, изменение состава почвы бактериями).

При классификации взаимоотношений организмов выделяют взаимоотношения, выгодные обоим партнерам (симбиоз или мутуализм); взаимоотношения, положительные для одного вида и отрицательные для другого ( хищничество и паразитизм); взаимоотношения, невыгодные обоим партнерам (конкуренция). Крайне выраженные конкурентные отношения, при которых один вид полностью препятствует поселению других видов в пределах своей зоны влияния, носят название амменсализма.

Менее распространенным типом взаимоотношений является комменсализм, отношения, положительные для одного партнера и безразличные для другого. Достаточно редко встречаются отношения, отрицательные для одного партнера и безразличные для другого (амменсализм). Отношения, при которых организмы, занимая сходные местообитания, практически не оказывают влияния друг на друга,  встречаются также достаточно редко и носят название нейтрализма.

 Действуя на организмы одних видов, биотические факторы, как правило, являются объектом воздействия с их стороны. Так хищник и паразит обычно вырабатывают адаптации к использованию своих жертв и хозяев, а последние  - приспособления, которые обеспечивали бы их выживание.

Воздействие человека на окружающую среду в конечном итоге проявляется в изменении режима множества биотических и абиотических факторов. В числе антропогенных факторов различают факторы, оказывающие прямое влияние на организмы      (например, промысел) и факторы, косвенно влияющие на организмы через влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение растительного покрова, строительство плотин). Специфика антропогенных факторов состоит в трудности адаптации к ним живых организмов. Организмы часто не имеют приспособительных реакций к действию антропогенных факторов в связи с тем, что эти факторы не действовали на протяжении эволюционного развития вида, либо из-за того, что действие данных факторов превосходит приспособительные возможности организма.

В действии факторов среды на живые организмы выделяются определенные общие закономерности.

Для каждого организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятных значений каждого фактора, который называется зоной оптимума. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки (пределы выносливости), ограничивающие диапазон устойчивости (рис.1). Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Организмы, имеющие значительный диапазон зоны оптимума в отношении всего комплекса факторов, относятся к группе эврибионтов, а организмы с узким диапазоном адаптаций – к группе  стенобионтов. Диапазон значений фактора между критическими точками называется экологической валентностью  или толерантностью. В среде, где амплитуды колебаний отдельных факторов малы, например, в водной среде преобладают организмы-стенобионты, в динамичной среде, например, наземно-воздушной, преобладают организмы- эврибионты, имеющие широкую экологическую валентность.

Сила действия отдельных факторов может возрастать или убывать в результате действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере компенсироваться в своем действии пониженной влажностью воздуха и т.п. Однако при этом экологические факторы не являются взаимозаменяемыми.

Организм полностью проявляет свои потенциальные возможности в том случае, если существует в условиях, когда все факторы отвечают соответствующим зонам оптимума. Фактор, находящийся в избытке или недостатке, отрицательно влияет на организм и ограничивает возможность проявления силы взаимодействия других факторов. Если значение хотя бы одного фактора находится вблизи критической точки, организм испытывает стресс и в пределе погибает. Такие факторы называются лимитирующими, а данная закономерность носит название закона лимитирующих факторов (правило минимумов Либиха). Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов: плотность популяции (количество особей на единицу площади) максимальна там, где параметры среды оптимальны и снижается там, где значение одного или нескольких факторов оказывается стрессовым для данного вида. Там, где величина хотя бы одного фактора выходит за пределы выносливости, вид полностью отсутствует. Таким образом, своеобразие абиотических условий каждого региона является причиной формирования в различных регионах неодинаковых экосистем.

Среда обитания организма – совокупность абиотических и биотических уровней его жизни.

Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни – сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами.

Воздействие среды воспринимаются организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы – определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.

Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющие на жизнь и распространение животных и растений.

Они бывают:
  • физические – те, источником которых служит физическое состояние или явление;
  • химические – те, которые происходят от химического состава среды;
  • эдафические (почвенные) – совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, так и на корневую систему;
  • климатические;
  • гидрографические.

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.

Они бывают:
  • микроклиматические (микросреда);
  • внутривидовые взаимодействия, отсюда демографические факторы, отсюда внутривидовая конкуренция;
  • межвидовые взаимоотношения: нейтрализм, конкуренция, мутуализм, протокооперация, комменсализм, аменсализм, паразитизм, хищничество.

Антропогенные факторы – факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду.

Периодические факторы – факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно.

Непериодические – факторы, возникающие неожиданно.

Адаптация – приспособление организма к среде.

3 фактора: изменчивость, наследственность, естественный отбор (и искусственный отбор).

Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные – те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы, естественные геофизические поля и другие.

Вторичные – следствие изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры, растительная пища, связанная с цикличностью в развитии растений, ряд биотических факторов внутривидового влияния и другие.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть живого организма.

Источником адаптации являются генетические изменения в организме – мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего творческого фактора адаптивной организации живой формы».


Биогенные вещества и ресурсы живых организмов как экологические факторы

Биогенные соли и элементы являются лимитирующими факторами и ресурсами среды для организмов. Одни элементы требуются в относительно больших количествах – макроэлементы, а другие в очень малых – микроэлементы.

Макроэлементы: фосфор – необходимый элемент протоплазмы, а азот – входит во все белковые молекулы.

Немного уступает калий, кальций, сера и магний.

Микроэлементы входят в состав ферментов и нередко бывают лимитирующими факторами.

Свойство геофизических полей литосферы оказывают влияние на состояние биоты (включая человека), отражают геофизическую экологическую функцию литосферы. Так, например, магнитное поле Земли на эволюцию животных и человека.

Ресурсы живых существ – по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекает те или иные фазы их жизненных циклов.

Ресурсы бывают незаменимые – когда один не в состоянии заменить другой, который в свою очередь становится жестким лимитирующим фактором, взаимозаменяемые ресурсы – когда любой из двух ресурсов может заменить другой.


Лимитирующие факторы. Физические и химические факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX века. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным соединением). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Различия в совокупных и изолирующих действиях относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны, действие отрицательной температуры усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой – высокая влажность ослабляет действие высокой температуры, и так далее. Однако, несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменять друг друга, что и имеет отражение в законе независимости факторов Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называются пределами толерантности.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5С до 25С, то есть диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» - узкий), а способные жить в широком диапазоне температур – эвритермными («эври» - широкий).

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называются, соответственно, стенобионтами и эврибионтами.

Характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, то есть он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создавая, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже – на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида – эврибионта, имеющее широкое распространение, которое акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которых соответствует местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появляться и генетические расы.

Температура

Температура – важный из ограничивающих (лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальные и минимальные летальные температуры, за пределами которых вид смертельно поражают жара и холод.

Общий закон биологической стойкости (по Ламотту): величина «оптимального интервала» характеризует «величину» стойкости организма, то есть величину их толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».

Подавляющее большинство животных является пойкилотермными, то есть температура их собственного тела меняется с изменением температуры окружающей среды: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и другие. Значительная меньшая часть животных – гомойтермные, то есть имеют постоянную температуру тела, независимо от температуры внешней среды: млекопитающие, и птицы.

Морфологические приспособления к низким температурам и физиологические адаптации.

Свет

Для организмов важна интенсивность освещения.

Растения: светолюбивые (гениофиты), тенелюбивые (сциофиты) и теневыносливые.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов.

Биоклиматический закон (закон Хопкинса): сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.

Вода

Вода физиологически необходима любой протоплазме и с экологической точки зрения является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой воде осмотическим путем.

Количество атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями и неравномерно распространено на земном шаре. Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распространение осадков по сезонам года.

Влажность воздушной среды изменяется обычно в показателях относительной влажности, то есть в виде процента реального давления водяного пара от давления насыщенного пара при той же температуре.

Иссушающее действие воздуха наиболее важное экологическое значение имеет для растений.

Доступный запас воды, то есть такой воды, которая способна поглощать корневая система растений, зависит прежде всего от количества осадков в данном районе и водонепроницаемости поверхностных отложений.

Животные: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые), лизофилы.

Водная среда

Течения и волнения могут косвенно влиять на организм.

Воздушная среда

Движение воздушных масс может быть в виде их пассивного перемещения конвективной природы или в виде ветра – вследствие циклонической деятельности атмосферы Земли.

Атмосферное давление.


Эдафические факторы

Эдафические факторы – почвенные условия произрастания растений. Они делятся на химические, физические, биологические.

Химические: плодородие почвы – искусственное и естественное.

Физические: твердая компонента, жидкая и газообразная компонента, живые макро- и микроэлементы.

Биологические: биота – флора и фауна.

Факторы:

физические: влажность, температура, структура и пористость

химические: реакция среды, засоленность