Живые организмы и миграция

По В. И. Вернадскому, живые организмы являются главным фактором миграции химических элементов в биосфере. Эта миграция обусловливается двумя противоположными, но взаимосвязанными процессами: 1) образование живого вещества из элементов неорганической природы за счет солнечной энергии и 2) разрушение органических веществ, сопровождающееся выделением энергии, в результате которого элементы переходят из органических соединений в минеральные.

Миграционная способность различных элементов далеко не одинакова. Однако большая часть химических элементов периодической системы способна активно мигрировать в биосферу. Такие активные мигранты могут быть разделены на две группы: 1) воздушные мигранты, которые в ходе миграции проходят через газообразную фазу (кислород, водород, азот, углерод), и 2) водные мигранты, мигрирующие преимущественно в почвенных грунтовых и поверхностных водах в виде простых или комплексных ионов или молекул. Сюда относится большая часть элементов, в частности Na, Mg, F, S, CI, К, Mn, Fe и др.

Ведущую роль в создании органического вещества играют воздушные мигранты, из которых С, N, О и Н составляют 98,3% его состава. По мнению академика Вернадского, самое важное явление в химической истории живого вещества - это его газообразный генезис и превращение его в газы после смерти.

В связи с большой протяженностью биосферы и специфическими особенностями ее проникновения в разные минеральные оболочки нашей планеты среда, т. е. совокупность условий, в которых обитают организмы, оказывается крайне неоднородной.

Прежде всего, разнообразны ее абиотические факторы, т. е. факторы неорганической природы. Они находятся в разных сочетаниях в различных географических точках и на разном уровне в толще той или иной минеральной оболочки.

На организмы воздействуют не только абиотические факторы. В процессе своей жизни любой индивидуум вступает в разнообразные связи с другими организмами, живущими в тех же условиях неорганической среды. Разнообразные воздействия, оказываемые одними организмами на другие, относятся к биотическим факторам. Биотические связи тоже носят разный характер. В одних случаях они полезны для организма, в других - нейтральны, в третьих - явно вредны.

В результате развитие каждого организма протекает в сложных, часто очень противоречивых взаимоотношениях с разнообразными факторами окружающей его среды, как абиотическими, так и биотическими. Рассмотрим некоторые примеры, показывающие, как влияют отдельные факторы среды на различные стороны жизни организмов.

Температура. Температурный режим на земной поверхности подвергается очень сильным колебаниям. Так, в январе средние температуры воздуха в различных географических точках колеблются от -40° до +30° С; в июле они могут спускаться ниже 0°С и подниматься выше 40° С. Относительно постоянна температура только на экваторе, где она держится на уровне около + 25°С. К северу от экватора средняя годовая температура воздуха закономерно убывает через каждый градус широты на 0,5°С. С возрастанием высоты температура падает примерно в тысячу раз быстрее, т. е. 0,5° С на каждые 100 м высоты над уровнем моря.

АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ

Таким образом, в разных местах биосферы создаются неодинаковые температурные условия. При этом температурный фактор в одной и той же концентрации действует различно на разные виды животных и растений. Так, например, большинство морских беспозвоночных выдерживает нагревание тела лишь до 30° и реже 38° (актинии). У всех млекопитающих нагревание выше 42° приводит к смерти. В то же время некоторые виды рыб выдерживают нагревание свыше 50°. Точно так же различна и устойчивость животных к низким температурам. Предельно низкая (смертельная) температура для рыжего лесного муравья равна всего -1,5° при экспозиции 3,5 часа, для взрослых пчел -5° (экспозиция - 24 часа), для черного таракана-5° при экспозиции 1 час. В то же время простейшие выдерживают охлаждение до -15°; коловратки при высыхании могут охлаждаться до -60°. Они же, а также круглые черви и тихоходки при высушивании выдерживают охлаждение до -190°.

Верхние тепловые границы жизненных явлений у высших растений обычно не поднимаются выше 50°. Для ряда бактерий, сине-зеленых водорослей, обитающих в горячих источниках, показана возможность развиваться при температуре до 85-93°. У бактерий и некоторых групп водорослей (диатомеи, сине-зеленые и зеленые) наблюдаются и наиболее низкие тепловые границы жизни. Споры бактерий могут прорастать после длительного пребывания в температуре жидкого воздуха.

Температура оказывает разностороннее влияние на жизнь животных и растений: она определяет быстроту онтогенеза, продолжительность жизни, от ее колебания часто зависит плоловитость организма. Для каждого вида характерен свой температурный оптимум, при котором у большинства особей нормально протекает обмен веществ и другие жизненные функции. В природе температурные условия очень изменчивы, особенно в разные сезоны года. В связи с этим у растений и животных в процессе исторического развития выработались специальные адаптации, помогающие избегать вредного влияния отрицательных для их жизни температур.

У растений такими адаптациями являются приспособления, понижающие вредное действие чрезмерно высоких и чрезмерно низких температур. Так, например, при перегреве растения могут уменьшать нагревание путем усиления транспирации. В ряде случаев, особенно в условиях пустынь, многие виды проводят жаркое время года в состоянии анабиоза, когда значительно снижается интенсивность обмена веществ.

Преобладающее большинство животных, исключая птиц и млекопитающих, подобно растениям обладают непостоянной температурой тела, которая мало отличается от температуры среды и, так же как последняя, подвержена колебаниям; уровень обмена веществ у них неустойчив. Такие животные называются пой-килотермными. Теплообмен и ритм жизни у пойкилотерм-ных форм оказывается приспособленным к изменениям температурного режима внешней среды.

Еще в 1902 г. П. И. Бахметьев показал, что зависимость изменения состояния пойкилотермного животного от температуры может быть выражена в виде определенной кривой (рис. 42). Верхней точкой этой кривой является температурный предел, выше которого наступает смерть. Ниже этого предела лежит* зона теплового оцепенения, когда животное не способно к активной деятельности. Еще ниже находится зона активной деятельности с определенным оптимумом, при котором наиболее интенсивно осуществляется развитие, включая половое созревание. Подобно тому как избыточное повышение температуры приводит к тепловому окоченению, так и избыточное ее понижение ведет к хо-лодовому окоченению.

Существует определенная температурная точка (критическая точка), до которой пойкилотермный организм может переохладиться без образования кристаллов льда. По достижении критической точки происходит некоторое скачкообразное повышение температуры тела вследствие освобождения скрытой теплоты тела, после чего начинается замерзание соков и животное впадает в состояние анабиоза, которое, так же как и У растений, характеризуется замедлением обмена веществ, но не полным его прекращением, как полагал Бахметьев.

Несмотря на тесную зависимость температуры тела пойкило-термных животных от прогрева окружающей их среды, у них наблюдаются и некоторые элементы теплорегуляции. В основном она осуществляется путем изменения интенсивности поглощения кислорода и испарения воды.
продолжение...

Забавное...

Интересный и умный приспособленец — муравей- Myrmeconema neotropicum — умеет превращаться в ягоду. Обычно брюшко муравья окрашено в черный цвет, но при необходимости оно перекрашивается в красный и сразу напоминать сочную ягоду. Таким хитрым образом насекомое привлекает птиц, которые проглатывают добычу, а вместе с ней — несколько сотен яиц. Этот вид муравьев обитает в Южной и Центральной Америках.