По отношению к свету все живые организмы на Земле можно разделить на две группы: фототрофы и гетеротрофы.
Фототрофы – это растения и некоторые бактерии, то есть живые существа способные к фотосинтезу. С помощью особых пигментов, главнейшим из которых является хлорофилл, фототрофы способны превратить солнечную энергию в энергию химических связей.
Растения по отношению к свету разделены на три группы: светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Светолюбивые растения – это растения открытых пространств – степей, лугов. Среди светолюбивых растений в основном травы, многие из которых принадлежат к семейству злаков. Однако, даже у светолюбивых у растений, увеличение освещенности сверх оптимальной вызывает подавление фотосинтеза.
В лесу отношение к свету выражается в ярусности. Растения верхних ярусов – светолюбивые, а растения нижних ярусов – теневыносливые. Растения нижних ярусов имеют экологический оптимум в области слабой освещенности и не выносят сильного света. Они способны ловить даже отраженный свет. Среди этих растений распространены папоротникообразные и мхи.
Теневыносливые растения хорошо адаптируются к разным режимам освещенности. Например, многие деревья, начинают свой рост под пологом леса, а затем выходят в верхние ярусы.
Большое значение в жизни всех живых существ имеет продолжительность освещения или фотопериод.
Фотопериодизм – это реакция организмов на сезонные изменения длины дня.
Свет задает животным и растениям жизненный ритм. От светового режима, по-видимому, зависит скорость физиологических процессов, образ жизни живых существ. Например, сокращение продолжительности дня – это сигнал для деревьев к сбрасыванию листьев осенью, а его увеличение – к набуханию почек весной, причем, имеет значение не всегда температура окружающей среды. Для животных осеннее укорачивание дня – это сигнал к созданию запасов на зиму. На основе фотопериодизма работает такой важный механизм как «биологические часы».
3. Температура и другие абиотические факторы.
Другим важным фактором, определяющим жизнь живых существ, является температура. Живые организмы по отношению к температуре делятся на две группы: пойкилотермные и гомойотермные.
Пойкилотермные живые существа зависят от температуры окружающей среды. Гомойотермные живые существа имеют постоянную температуру тела.
Гомойотермными живыми существами являются только птицы и млекопитающие. Только эти две группы животных полностью контролируют температуру собственного тела.
Исключение составляют в этом смысле только млекопитающие и птицы. А ведь от температуры тела зависит скорость химических процессов протекающих в организме. Наиболее комфортными условиями для живых существ считается температура около + 25 градусов по Цельсию. Однако живые существа встречаются и в Антарктиде, где не редкость морозы до – 50 и в пустынях, где температура в тени достигает +50. Ни одно живое существо, за исключением человека, не способно в активном состоянии переносить весь диапазон температур. Поэтому температуру можно отнести к одному из лимитирующих факторов распространения живых существ на земном шаре.
Для пойкилотермных живых существ характерны различные способы приспособления к холодным условиям. На Крайнем Севере все деревья карликового роста. Их высота соответствует высоте снегового покрова, так как все части выступающие над снегом гибнут от замерзания и высыхания. Некоторые кустарники и деревья переходят к горизонтальному росту. К ним относятся можжевельник, кедровый стланик и другие растения. Это опять позволяет растениям не подниматься выше снегового покрова.
Некоторые растения и животные впадают в анабиоз при понижении температуры.
Анабиоз – это такое состояние организма, при котором процессы жизнедеятельности настолько замедленны, что отсутствуют все видимые проявления жизни.
Анабиоз позволяет организмам пережить самые неблагоприятные условия. Мхи и лишайники, например, переживают промерзание в зимнее время года в состоянии анабиоза, и после оттаивания оказываются вполне жизнеспособными. Лишайники в состоянии анабиоза могут находиться более двух лет!
Анабиоз не следует путать с зимней спячкой, хотя в этих явлениях много общего. Зимняя спячка характеризуется также некоторым снижением температуры тела, а значит уровня обмена веществ, но не в такой сильной степени, как при анабиозе.
Многие растения и животные приспособлены к перегреву. Густое опушение придающее листьям светлую окраску и усиливающее отражение падающего света, уменьшение поверхности листьев – вот лишь неполный перечень приспособлений растений засушливых и жарких районов земного шара.
Пойкилотермные животные регулируют температуру, главным образом, с помощью изменения поведения. В жаркие часы многие животные прячутся в тень или норы, а в холодных условиях впадают в анабиоз. Акулы теряют активность при температурах ниже 18 градусов по Цельсию и поэтому живут в хорошо прогретых водах или в местах, где имеются теплые течения.
Гомойотермные животные тоже зависят от температуры окружающей среды, но в гораздо меньшей степени, нежели пойкилотермные.
Зимой, в бескормицу и холод, многие из них впадают в спячку, Однако, например, пингвины – жители Антарктиды – активны круглый год. Они выбирают для размножения более теплое время года. В холода они сбиваются в плотную кучу. Внутри организованной таким образом стаи температура достигает 37 градусов по Цельсию.
Важным абиотическим фактором является влажность.
Вода – непременный компонент живых систем. Она во многом определяет климат многих частей Земли.
Растения по отношению к воде экологи и ботаники обычно разделяют на три группы: гидрофиты, ксерофиты и мезофиты. Первые – это растения либо живущие в воде, либо приспособленные к очень влажному климату, вторые – это растения пустынь и полупустынь, а третьи – это растения со средней выносливостью.
Для животных и растений, живущих в воде, существует проблема избытка соли внутри клеток. Эти живые существа в значительной степени зависят от солености окружающей среды. Например, пресноводные простейшие вынуждены удалять через сократительные вакуоли лишнюю соль, чтобы поддержать баланс между внутренней и внешней средой.
Состав солей в почвах сильно влияет на обитателей различных частей земного шара.
Помимо описанных выше факторов на живые существа оказывает влияние магнитное поле Земли, микроклиматические особенности данного региона и даже лунный свет.
4. Биотические факторы.
Помимо взаимодействия с факторами неживой природы все организмы взаимодействуют друг с другом. Такие взаимодействия называются биотическими.
Различают три типа биотических взаимодействий: нейтрализм, антибиоз и симбиоз.
Нейтрализм – это совместное обитание видов, при котором они не оказывают влияния друг на друга.
Примеров нейтрализма в природе встречается множество. Майский жук и бурый медведь, обитая в одном лесу, практически, никак не влияют друг на друга.
А вот при антибиозе влияние одного вида на другой прямое.
Антибиоз – это такое взаимодействие популяций и видов, при котором ограничивается рост их численности.
Антибиоз бывает нескольких видов: взаимное подавление, подавление одного вида другим, конкуренция за пищевые ресурсы, паразитизм, хищничество.
Взаимное конкурентное подавление наблюдается между близкими видами. Конкуренция за свет, например, приводит к уменьшению плотности каждого из разных видов клевера, растущих рядом.
Примером, когда одна популяция подавляет другую, являются организмы, вырабатывающие антибиотики. Знаменитый пенициллин вырабатывается зеленой плесенью вовсе не для того, чтобы спасти человечество от страшных инфекционных заболеваний, а чтобы подавить конкурентов.
Конкуренция из-за пищевых ресурсов очень широко распространена в природе. Например, при совместном выращивании двух видов инфузорий через некоторое время в питательной среде оставался лишь один вид. Это объясняется тем, что инфузории одного из видов растут и размножаются быстрее, они и побеждали в конкурентной борьбе.
В природе конкуренция за пищевые ресурсы очень остра. Для расширения пищевой базы некоторые виды в личиночном и взрослом состоянии питаются разными частями растений или разными животными. Это, прежде всего, касается насекомых с полным превращением: жуков, перепончатокрылых, бабочек. Возможно, именно благодаря расширению пищевой базы насекомые достигли такого расцвета.
Паразитизм – это форма взаимоотношений организмов, при которой один организм, называемый паразитом, использует другой организм, называемый хозяином, в качестве среды обитания и источника питания.
Паразиты бывают временные и постоянные. К постоянным относятся, например, аскариды, вши, цепни. Они живут на или в теле хозяина и не могут жить без него. Такие паразиты, как клещи, комары, москиты посещают тело хозяина для питания. Их поэтому называют временными.
Для осуществления паразитических функций паразиты имеют многочисленные приспособления. Это, прежде всего, морфологические приспособления – присоски, крючки, изменения внутренних органов, а также очень сложные циклы размножения, обеспечивающие данному виду выживание.
Хищничество – это форма взаимоотношений, при которой организм одного вида использует представителей другого вида в качестве источников пищи, убивая их.
Хищники, как, впрочем, и паразиты, целиком зависят от подавляемых ими видов. Поэтому, например, при падении численности копытных животных падает численность и хищников. Хищники уничтожают, как правило, больных и слабых животных. Этим они очищают популяцию от генетического груза и инфекционных болезней. Например, уничтожение волков в Литве привело к такому перенаселению оленей, что пришлось завозить хищников из других мест.