Ґрунтовий фактор в класифікації організмів

3) жаростійкі  прокаріоти -- термофільні бактерії  і деякі види синьо-зелених  водоростей, які можуть жити в  гарячих джерелах при температурі  85 -- 90°С.

Відома  ще одна група рослин, які витримують температуру пожеж, що сягає сотень градусів. їх називають пірофітами (рослини саван з грубою корою  і товстошкірим насінням).

Температурні  адаптації тварин мають свої особливості, які можна згрупувати в три  види:

1) хімічна  терморегуляція -- активне збільшення  теплопродукції у відповідь на  зниження температури;

2) фізична  терморегуляція -- зміна рівня тепловіддачі, завдяки особливостям волосяного  чи пір'яного покриву, розподілу  жирових запасів, деталям будови  кров'яної системи, можливості випаровування тощо;

3) поведінка  організмів -- переміщуючись у просторі  або змінюючи свою поведінку,  тварини можуть активно уникати  критичних температур.

Вивчаючи  взаємозв'язки між організмами та температурою оточуючого середовища, усі організми поділяють на теплокровні та холоднокровні. Однак ці терміни є суб'єктивними і неточними. Тому часто віддають перевагу класифікації організмів на гомойотермні і пойкілотермні. Гомойотермні організми при зміні температури оточуючого середовища підтримують приблизно постійну температуру тіла, тоді як у пойкілотермних організмів вона змінюється. Проте і ця класифікація має один суттєвий недолік: навіть у таких класичних гомойотермних тварин, як птахи і ссавці, під час зимової сплячки чи оціпеніння температура тіла знижується. Водночас у деяких пойкілотермних видів (наприклад, в антарктичних риб) вона коливається в межах якихось часток градуса, оскільки температура їхнього оточуючого середовища є практично постійною.

Вдалим  вважається поділ організмів наендотермні та ектотермні. Ендотермні організми регулюють температуру тіла за рахунок внутрішньої терморегуляції, а екзотермні розраховують на зовнішні джерела. Такий поділ, власне кажучи, відповідає різниці між птахами і ссавцями (ендотермами), з одного боку, та іншими тваринами, рослинами, грибами і простішими (екзотермами) -- з іншого. Однак і цей поділ не є абсолютним. Багато плазунів, риб і комах (наприклад, бджоли, метелики і бабки) можуть деякий час регулювати температуру тіла, використовуючи для цього вироблене всередині організму тепло. В деяких рослин (наприклад, тюльпанове дерево) метаболічне тепло підтримує відносно постійну температуру всередині квітів. Однак деякі птахи і ссавці при незвичайно низьких температурах ослаблюють або ж зупиняють ендотермічну регуляцію температури тіла.

Відомо, що всі організми одержують тепло  із оточуючого середовища і віддають його також в оточуюче середовище. Крім того, вони виробляють його самі, хоча б в якості побічного продукту обміну речовин.

 

Практично всі екзотерми мають механізм регулювання, який забезпечує зміни температури тіла після зміни температури середовища. Слід зауважити, що регуляторні можливості багатьох екзотермів (особливо рослин) надзвичайно обмежені. Екзотерми повністю залежать від зовнішніх джерел тепла: тварина може переміститися в тепліше місце лише в тому випадку, якщо таке місце знайдеться, а зігрітися на сонці лише тоді, коли воно світить. Регулювання температури вимагає значної затрати енергії, яка йде і на утворення відбиваючої кутикули (у рослин), і на переміщення у відповідне місце (у тварин). До того ж, тварина, підставляючи своє тіло теплу, ризикує потрапити на очі хижаку. Лише ефективність терморегуляції звичайно відображає компроміс між затратами і вигодами.

 

Швидкість утворення тепла ендотермними організмами контролюється термостатичною системою головного мозку. Температура їхнього тіла підтримується на постійному рівні (35 -- 40°С), і тому вони, як правило, віддають тепло оточуючому середовищу. Витрати тепла сповільнюються завдяки теплоізоляції у вигляді хутра, пір'я чи підшкірного жиру і т.п. Якщо ж швидкість тепловіддачі необхідно підвищити, то і цього можна досягти шляхом регуляції підшкірного кровообігу, а також за допомогою ряду інших фізіологічних пристосувань, які є і в екзотермів, наприклад, за допомогою інтенсивного дихання або просто вибору зручного місця.

Було б  помилковим стверджувати, що екзотерми "примітивні", а ендо-терми "прогресивні". Як для ендотермів, так і для  екзотермів характерні наявність температурного оптимуму (тобто такої температури оточуючого середовища, при якій енергозатрати мінімальні), а також верхньої та нижньої температур, за межами яких здатність організму до регулювання температури тіла виявляється недостатньою. При цьому в міру віддалення в обидва боки оптимального значення температура середовища стає все менш сприятливою для тривалого існування організмів, оскільки в обмін на переваги, які має гомойотермний організм, при таких температурах доводиться витрачати все більше і більше енергії.

2 Класифікація організмів по відношенню до води

2.1 Фактори  водного середовища

 

Водне середовище однофазне -- в ньому різко переважає  рідка фаза. Одночасно природна вода, яка утворює гідросферу, являє  собою складну полідисперсну  систему, що складається з водних розчинів і зависі частинок неорганічних і органічних речовин, а також із живих органічних тіл, котрі втримуються в системі за рахунок різності співвідношень маси, постійного перемішування і переміщення водних мас або активної протидії силі тяжіння з боку живих організмів.

В поняття  гідросфери включають і дно водоймища (тверда фаза), і приводний шар  повітря (газоподібна фаза). Велике значення мають площини контактів  цих фаз: дно-вода, вода-повітря. Це складні  біогоризонти, насичені живими організмами. Відомо, що основну масу гідросфери Землі утворюють води Світового океану (95,5% за об'ємом), які містять величезну кількість органічної речовини, в тому числі незначну частку живих організмів -- не більше 3 млрд. т, або 0,15%.

Головним джерелом тепла, яке надходить  у водні шари, є сонячна енергія. Сонячне проміння, проникаючи крізь  водну поверхню, поглинається і розсіюється  водою, розчиненими в ній речовинами і зваженими частинками.

 

Зрозуміло, що зі зростанням у воді зважених частинок і дрібних організмів планктону зростає коефіцієнт затухання і, відповідно, погіршується прозорість води, а отже, зменшується інтенсивність фотосинтезу водяних рослин.

Сонячне тепло завдяки малій  теплопровідності води майже не передається  на глибину. Переміщення теплих мас з поверхні на глибину відбувається за рахунок вертикального переміщення (вітрового, конвективного, турбулентного у прісних порівняно мілководних водоймищах), а також за рахунок глибинних течій у морських водах. Прогрівання шарів води як у внутрішніх водоймах, так і в морях має сезонний характер.

 

Важливими фізичними властивостями  води є її висока щільність, яка послаблює  земне тяжіння, що дає змогу гідробіонтам мікроскопічних розмірів перебувати у  зваженому стані. Крупніші гідробіонти для полегшення плавання знижують свою щільність, включаючи до складу тіла велику кількість води (медузи), жирових крапель (діатомові водорості), повітря (ламінарії і молюск наутілус), а також утворюючи різні відростки.

 

Водне середовище сформувало планктонні організми з характерною формою тіла, що дає можливість їм легко утримуватись "на плаву" або "ширяти" у водному просторі (медузи, лангусти, молюски). Цьому також сприяє розмір організмів: невеликі тіла зоопланктону мають теж здатність "ширяння" у водній товщі.

Для організмів, зокрема членистоногих, які живуть на поверхні води, має  значення поверхневий натяг рідини (для чистої води становить 76 дін/см при 0°С і 73 дін/см при 20°С). Коли сила поверхневого натягу більша маси тварини, остання  буде утримуватись завдяки поверхневому натягу. У комах, "ковзаючих по поверхні", тіло несуть передні і задні лапки, а середні кінцівки служать веслами.

До прісних вод, з одного боку, належать стоячі води, або стрічкові  фації, з другого -- проточні, або  лотичні, фації. Рух води приводить до вирівнювання температури у всій її товщі, а також до збагачення киснем.

 

Текучі води в процесі адаптації  формували тіло риб, яке, наприклад  у форелі, в поперечному розрізі  є округле, тоді як у риб стоячих  вод (ставків, озер) воно плоске (короп, карась, окунь). Своєрідним для тварин швидкотекучих вод є етологічне пристосування -- реотропізм: тварини приймають певне положення відносно течії і намагаються подолати її.

Вода, яка містить речовини у  завислому стані, стає каламутною. З  екологічної точки зору такий стан води через погане проникнення в її товщу сонячного проміння веде до зниження продуктивності автотрофної рослинності. Як правило, в такій воді менше кисню і багато організмів перебувають у пригніченому стані. Причина каламутності -- змив дощовими чи талими водами дрібних частинок ґрунту, особливо гумусу.

У воді в розчиненому стані присутні гази і мінеральні солі. Велике екологічне значення має кількість розчиненого  у воді кисню. У солоній воді розчинність  кисню на 20% нижча, ніж у прісній. Перенасиченість киснем можна спостерігати у водах озер і ставків, багатих на рослинність, що містить хлорофіл.

Залежно від кількісного вмісту і розподілу у воді стоячих  водойм кисню, а також характеру  і чисельності у них організмів, що населяють їх, водойми поділяють на три групи:

1) оліготрофні (небагаті на корм) -- глибоководні озера з низькою  температурою в нижніх шарах  водяної товщі, багатої на кисень. У цій воді добре розвиваються  лососеві, форель (озера -- Пісочне  на Поліссі, Синє-вир у Карпатах). Тут повільніше розкладається органічний відпад і вода в них голуба і прозора;

2) еутрофні (багаті на корм) -- неглибокі,  придонні води мають більшу  температуру, ніж оліготрофні.  Тут добре розвиваються різноманітні  організми, а також добре перебігають процеси їх відпаду і розпаду. Вода в таких водоймах зелена. Риби тут задовольняються невеликою кількістю кисню.

3) дистрофні (бідні на корм). В  їхніх водах нагромадилась велика  кількість гумінових кислот, що  робить їх кислими і коричнюватими  (Янівське озеро біля Львова).

Відомі групи риб, які відрізняються  за своєю потребою у кисні: перша -- висока потреба (7-11 см3/л) -- форель; друга -- середня (5-7 см3/л) -- звичайний піскар або коблики; третя -- невимогливі (4 см3/ л) -- плотва, йорж; четверта -- можуть жити при вмісті кисню близько 0,5 см3/л -- корол, лин.

У прісній і особливо морській воді значно більша кількість вуглекислого газу. Наприклад, у морській воді його міститься від 40-50 см3/л (у вільній  або зв'язаній формі, що в 150 разів  перевищує його концентрацію в атмосферному повітрі). Вуглекислий газ відіграє значну роль у забезпеченні процесу фотосинтезу водяних зелених рослин, а також формуванні вапнякових утворень (раковин, панцирів) безхребетних.

У природних водах концентрація солей різна. Наприклад, у прісних водах вища карбонатність (близько 80%), у морських більше хлоридів (в Чорному морі їх 80,7%), а в Аральському і Каспійському морях, крім хлоридів (близько 60%), присутні сульфати (30%).

Важливою складовою прісних  вод є кальцій, який часто відіграє роль обмежуючого фактора. Розрізняють води "м'які" (кальцію 9 мг/л) і "жорсткі" (понад 25 мг/л). Від концентрації кальцію у воді залежить розмноження молюсків і ракоподібних, які завдяки такому складу води формують свої панцирі. В морській воді кальцій присутній у достатній кількості (1,52-1,82% загального вмісту солей).

Надзвичайно різноманітний склад  морської води: 13 металоїдів і майже 40 металів. Середня солоність морської води 33-37%, а в Червоному морі -- 41%. Значно нижча солоність закритих морів, в які впадають прісноводні річки (Чорне море -- 29%, Балтійське -- 12%). З рівнем солоності морів пов'язані розміщення видового складу морських тварин і рослин.

Розрізняють води слабо солонуваті (0,5-5,0 г/л солей), солонуваті (5-16 г/л), солоні (16-40 г/л), пересолені (понад 40 г/л). Прикладом стеногалинних видів є радіолярії, медузи, їстівні мідії, корали. Стійкість до солоності змінюється з температурою. Наприклад, краби при високій температурі води переходять у дещо холодніші води малосолоних водоймищ. У солонуватих водах чисельність водної фауни дуже велика, але її видовий склад, як правило, збіднений. Р. Дажо наводить приклад з озером Ваккаре (солоність тут змінюється у межах 2-7%), яке населяють, з одного боку, прісноводні риби (короп, лин, щука, судак), а з іншого -- морські, наприклад, кефаль, яка належить до видів, що населяють води достатньо солоні.

Особливе значення у водних екосистемах  мають фосфати і нітрати, які  необхідні для синтезу живої  речовини. Вони нагромаджуються в  основному в глибинних зонах, де утворюються внаслідок розкладу бактеріями рослин і тварин, що загинули.

Важливо знати рН води, оскільки кислотність  відіграє суттєву роль у поширенні  рослинних і тваринних організмів (рис.1, 2). Наприклад, рогіз добре росте  в лужних умовах (8,4-9,0 рН.

Рис. 1. Наслідки підкислення планктону  моря

Рис. 2. Вплив підкислення моря на рибу

 Кислі води торф'яників сприяють  розвитку сфагнових мохів. Риби  найкраще сприймають кислотність  у межах 5-9 рН. При рН нижче  5 можна очікувати масової загибелі  риб, хоч окремі з них витримують кислотність до 3,7. Там, де рН вище 10, вода згубно впливає на всі види риб.

Максимально продуктивні води з  рН у межах 6,5-8,5, рН в межах 4,0-4,5 є  згубним для більшості риб, тоді як щука при цій кислотності добре  розмножується.

 

Встановлено, що найбільша чутливість до дефіциту кисню збігається з чутливістю до органічного забруднення. Це явище  пов'язане з процесом евтрофікації -- збагачення водойм органічними поживними  речовинами під впливом антропогенних  факторів (спускання стічних вод тощо). Домішка органічних речовин сприяє швидкому росту аеробної бактеріальної флори, яка інтенсивно поглинає кисень. Щодо стійкості до органічних забруднень і дефіциту кисню розрізняють такі індикаторні групи організмів:

1) полісапроби -- організми, які витримують сильний ^ступінь дефіциту кисню (личинка комара Chaoborns, мухи-бджоловидки Fristalis tenax);

2) мезосапроби -- організми, що  витримують лише середній ступінь  забруднення (інфузорія парамеція,  карась, короп, лин);

3) олігосапроби -- організми, які витримують лише слабкий ступінь забруднення, вимогливі до кисню (форель, багато видів личинок мошок).

2.3 Організми по відношенню до  води

Якщо для водних організмів вода є середовищем їх життя, то для  наземних рослин і тварин -- надзвичайно необхідною умовою існування, оскільки без неї неможливі процеси метаболізму. Вода як екологічний фактор одночасно належить до групи кліматичних та едафічних факторів, бо багато організмів (особливо рослини) одночасно використовують вологу з атмосфери і ґрунту.